PUC-PR 2023 (inverno, Medicina) — questão 39 de Física

Gabarito BEletrodinâmica e calorimetria — maior aquecimento com efeito JouleVestibular de Inverno · Medicina
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 39 de Física do PUC-PR 2023 (inverno, Medicina)

Enunciado em texto

Num laboratório de Física, o professor disponibiliza para um grupo de alunos os seguintes itens:

- Duas baterias ideais, B1B_1 e B2B_2, de forças eletromotrizes E1E_1 = 6 V e E2E_2 = 12 V, respectivamente;

- Dois resistores, R1R_1 e R2R_2, cujas resistências elétricas são R1R_1 = 1,0 kΩ e R2R_2 = 1,8 kΩ;

- Dois recipientes idênticos de vidro, contendo cada um 300 g de líquido: um deles com água (caˊguac_{\text{água}} = 1 cal/g· °C), outro com óleo de soja (coˊleoc_{\text{óleo}}= 0,47 cal/g· °C);

- Fios condutores.

O grupo deve conectar uma das baterias ao resistor que em seguida deve ser mergulhado em um dos líquidos. O resistor é percorrido por corrente elétrica e libera calor, aquecendo o líquido em que está mergulhado. O professor instrui o grupo a escolher os itens que proporcionem ao líquido o maior aumento de temperatura possível, para um mesmo tempo de aquecimento.

Considerando que não há mudança de fase no processo, a bateria, o resistor e o líquido escolhido pelo grupo de alunos devem ser, respectivamente

(A) B2B_2, R2R_2 e óleo de soja.

(B) B2B_2, R1R_1 e óleo de soja.

(C) B1B_1, R1R_1 e óleo de soja.

(D) B1B_1, R2R_2 e água.

(E) B2B_2, R2R_2 e água.

(Enunciado: Vestibular PUCPR 2023 (Inverno), Medicina — PUCPR.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR).

Resolução comentada

O que a questão pede: a combinação que dá o maior aumento de temperatura no mesmo tempo.

Passo 1 — a potência no resistor. Com a bateria ideal ligada direto ao resistor, a tensão nele é a fem:

P=E2RP = \frac{E^2}{R}

Para P máxima: a maior fem (B2B_2, 12 V) e a menor resistência (R1R_1, 1,0 kΩ):

P=1221000=0,144 WP = \frac{12^2}{1000} = 0{,}144\ \text{W}

Passo 2 — o líquido. No mesmo tempo, o calor recebido é Q = PΔt, e o aumento de temperatura é:

Δθ=Qm c\Delta\theta = \frac{Q}{m\,c}

As massas são iguais (300 g); esquenta mais o líquido de menor calor específico: o óleo de soja (0,47 contra 1 cal/g·°C).

Escolha: B2B_2, R1R_1 e óleo de soja, alternativa (B).

⚠️ A armadilha: pensar que “mais resistência esquenta mais” e escolher R2R_2 (alternativa A). Com a tensão fixa da bateria, mais resistência significa menos corrente e menos potência (E2/RE^2/R). A ideia de que mais resistência esquenta mais só vale com a corrente fixa (P=Ri2P = Ri^2).

A ideia em uma frase: com tensão fixa, a potência é U²/R: maior tensão e menor resistência; e esquenta mais rápido o líquido de menor calor específico.

Resposta: alternativa B (B₂, R₁ e óleo de soja).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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