Question

Durante as aulas do laboratório foi realizado um experimento que utiliza um ebulidor com uma resistência de 3,0Ω que funciona com uma tensão de 120V, com o objetivo de aquecer um copo de água de 200ml de 20°C até 100°C, Considerando que o Calor Específico da água seja de 4J/g°C, determine o tempo de aquecimento desta água.

Answer 1

Para resolver essa questão é necessário usar conceitos de elétrica e térmica.

Primeiro a térmica:

A ideia aqui, é encontrar o tanto de energia térmica que é necessário para aquecer a água, para isso vamos usar a seguinte equação:

ΔQ = m.c.ΔT

Em que:

Q = Energia térmica para aquecer a água (j)
m = Massa da água (g)
c = Calor específico da água (j/gºc)
T = Diferença da temperatura de água (ºc)

Substituindo:

ΔQ = 200.4.(100-20)
ΔQ = 64000 j

Um adendo:

Para descobrir a massa em (g) da água é lembrar que, a densidade da água é 1 g/ml, então:

d = m/v

Em que:

d = Densidade 
m = Massa
v = Volume

Como a densidade da água é 1 então:

d = 1 /1

d = 1
Concorda que, 1 dividido por 1 é 1?

Como temos, o volume da água (200 ml)

d = 200 / 200

d = 1

Concorda que, 200 dividido por 200 é 1

Então,massa da água é igual a 200 ml 

Agora, vamos para a parte elétrica da coisa, vamos precisa encontrar o quanto de energia térmica que o ebulidor manda para água, então temos que encontrar a potência desse ebulidor.

U = R.I

U / R = I

Em que:

U = Tensão (v)
R = Resistência (Ω)
I = Corrente elétrica (A)

Vamos descobrir a corrente elétrica

I = 120 / 3 
I = 4 A

Agora, vamos descobrir a potência do ebulidor, usando esta equação:

P = I.U

Em que:

P = Potência (w)
I = Corrente elétrica (A)
U = Tensão  (v)

P = 4 . 120

P = 480 w

Então, precisamos de 64000 j para aquecer a água, e temos 480 w ou 480 j/s, agora é só fazer regra de três.

     j              s
  480     -     1
64000   -      x

x = 64000 / 480

x = 133,84 s

ou 

x ≈ 2 min e 13 s

Isso significa que é necessário 133,84 segundos para aquecer 200 ml de água usando um ebulidor de 480 w.