Question

Um estudante de física, ao nível do mar, possui um aquecedor de imersão de 420 W de potência e o coloca dentro de uma panela contendo 2 litros de água a 20°C. Supondo que 80% da energia dissipada seja absorvida pela água, o intervalo de tempo necessário para que 20% dessa água seja vaporizada será aproximadamente de 

Dados: 
Calor específico da água: 1,0 cal/g°C 
Calor Latente de vaporização da água: 540 cal/g 
Densidade absoluta da água: 1,0 kg/L 
1 cal = 4,2 J 

Answer 1

Para determinarmos o tempo necessário, primeiro temos que saber que ocorrem dois processos, o de aquecimento da água (todo o volume) e depois da fervura (de 20% do total). Assim, temos que calcular o tempo de cada uma das situações.

Para ambos os casos, vamos usar a definição de potência, que é a energia transferida em um intervalo de tempo:
$P=\frac{Q}{t}$
Como no primeiro caso, o que importa é a variação da temperatura, vamos substituir Q pelo calor sensível:
$P=\frac{m*c*\Delta T}{t}$

Agora basta substituir os valores (lembrando de converter as unidades e de colocar apenas 80% da potência):
$t=\frac{2.000*1*(100-20)}{420*(0,8}*(4,2)$
$t=\frac{160.000}{336}*(4,2)$
$t=2.000\ s$

Esse é a duração do primeiro processo. 

No segundo, utilizaremos o calor latente, ou seja, o calor para a troca de estados físicos. Lembrando de converter as unidades e de aplicar somente 20% da massa da água:
$t=\frac{L*m*(0,2)}{P*(0,8)}*(4,2)$
$t=\frac{540*400}{336}*4,2$
$t=2.700\ s$

Assim, o tempo total é a soma dos dois, ou seja:
$t=2.000+2.700=4.700\ s$