Uma panela elétrica de 110 V cuja a corrente interna é de
leva 6 minutos para aquecer 1 litro de óleo de soja da temperatura ambiente
até a temperatura de fritura
. Por que o óleo esquenta? Qual é a eficiência dessa panela? Os valores que você obteu são exatos? Por quê?
Passo 1
A panela esquenta o óleo porque, ao passar corrente elétrica pela resistência interna, ocorre o efeito Joule: parte da energia elétrica é convertida em calor, que é transferida por condução e convecção para o óleo. Vamos anotar os dados e o que precisamos usar. Conteúdo: calorimetria e efeito Joule. Dados: V=110 V, I=1 A, t=6 min=360 s, m =1 kg (1 L de óleo), Ti=23 °C, Tf=180 °C, cₒleo=0,47 cal/(kg °C). Precisamos de Eₑₗ=V·I·t e Qₒₗₑₒ=m·c·ΔT (convertendo cal→J).
Passo 2
Calcular a energia elétrica fornecida pela rede usando efeito Joule: Eₑₗ = V·I·t = 110 V·1 A·360 s = 39 600 J.
Passo 3
Converter o calor específico do óleo para unidades SI e calcular Qₒₗₑₒ. Temos cₒleo=0,47 cal/(kg °C) e 1 cal=4,18 J, logo cₒleo=0,47·4,18=1,96 J/(kg °C). A variação de temperatura é ΔT=180–23=157 °C. Então
Passo 4
Calcular a eficiência η definindo η=Qₒₗₑₒ/Eₑₗ. Substituindo:
Passo 5
Esse valor de eficiência maior que 100 % mostra que o dado I=1 A é inconsistente com o resto. Se admitíssemos que o fabricante quis dizer I=10 A, teríamos Eₑₗ=110·10·360=396 kJ e então η≈308/396≈0,78=78 %, um valor razoável.
Esses resultados não são exatos porque ignoramos várias fontes de erro e perdas: assumimos cₒleo constante, desprezamos energia para aquecer a panela e o ar ao redor, perdas por radiação e convecção, e possíveis imprecisões nos dados de corrente e temperatura.
Esses resultados não são exatos porque ignoramos várias fontes de erro e perdas: assumimos cₒleo constante, desprezamos energia para aquecer a panela e o ar ao redor, perdas por radiação e convecção, e possíveis imprecisões nos dados de corrente e temperatura.
Resposta
A eficiência calculada usando I=10 A (corrigindo o valor inconsistente de 1 A) é aproximadamente 78 %. Esses valores são aproximados porque desprezamos perdas térmicas para o ambiente, o calor absorvido pela carcaça da panela, variação do calor específico com a temperatura e imprecisões dos dados.