FAMECA 2025 (2º dia) — questão 20 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: (a) a resistência equivalente e o valor de $R_X$; (b) a temperatura de saída da água.

Item (a) — resistência equivalente. O voltímetro mede a tensão em toda a associação (120 V) e o amperímetro, a corrente que passa por ela (10 A):

$$R_{eq} = \frac{U}{i} = \frac{120}{10} = 12\ \Omega$$

Item (a) — o resistor $R_X$. Os três resistores estão em série, então as resistências se somam:

$$12 = 4 + 5 + R_X \Rightarrow R_X = 3\ \Omega$$

Item (b) — a potência. Toda a potência elétrica vira calor na água:

$$P = U\,i = 120 \cdot 10 = 1200\ \text{W}$$

Item (b) — o aquecimento da água. Em cada segundo passam 0,01 kg de água, que recebem 1 200 J. Pela equação do calor sensível:

$$1200 = 0{,}01 \cdot 4 \times 10^{3} \cdot \Delta\theta$$

$$1200 = 40\,\Delta\theta \Rightarrow \Delta\theta = 30\ {}^{\circ}\text{C}$$

$$\theta_f = 20 + 30 = 50\ {}^{\circ}\text{C}$$

⚠️ A armadilha: no item (b), responder 30 °C: isso é o aumento de temperatura; a água entra a 20 °C e sai a 50 °C. Também é comum travar por "não saber a massa": em fluxo contínuo, trabalhe com o que passa em 1 segundo (a vazão).

A ideia em uma frase: $R_{eq} = U/i$ e, em série, as resistências se somam; num aquecedor de passagem, potência = vazão × c × Δθ.

Resposta: (a) $R_{eq} = 12\ \Omega$ e $R_X = 3\ \Omega$; (b) $\theta_f = 50$ °C.