PUC-SP 2018 — questão 15 de Física

Enunciado em texto
Quando necessário, adote os valores da tabela:
módulo da aceleração da gravidade: ; calor latente de vaporização da água: ; calor específico da água: ; densidade da água: ; calor específico do cobre: ; calor latente de fusão do cobre: ; temperatura de fusão do cobre: ; 1cal = 4,0 J; π = 3; sen30° = 0,5; cos30°= 0,8
Entre uma superfície metálica e uma bobina de Tesla é estabelecida uma diferença de potencial de V que produz uma descarga elétrica de intensidade A em um intervalo de tempo de 1ms. Supondo que 5% da energia liberada por essa descarga pudesse ser armazenada e integralmente utilizada para produzir uma variação de 20ºC na temperatura da água contida em um recipiente de paredes adiabáticas e de capacidade térmica desprezível,
determine quantos litros de água haveria no recipiente.
[Foto: uma bobina de Tesla (cilindro com uma coroa metálica no topo) soltando faíscas elétricas ramificadas, de cor violeta, até um objeto metálico ao lado.]
(A) 25.
(B) 50.
(C) 250.
(D) 500.
(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2018 — PUC-SP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).
Resolução comentada
O que a questão pede: quanta água os 5% da energia da descarga conseguem aquecer em 20 °C.
Passo 1 — a energia da descarga. A potência elétrica é P = U·i, e a energia é potência vezes tempo (1 ms = 10⁻³ s):
Passo 2 — a parte aproveitada, em calorias. 5% de J e, depois, 1 cal = 4,0 J:
Passo 3 — a massa de água. Calor sensível, com c = 1,0 cal/g·°C:
Passo 4 — em litros. Com densidade 1 g/cm³, 1 kg de água ocupa 1 L. Então são 25 L.
⚠️ A armadilha: esquecer de converter joules em calorias (com c em cal/g·°C): aí sai 100 L, que nem está nas alternativas. E usar o tempo como 1 s, em vez de 1 ms, multiplica tudo por 1000.
A ideia em uma frase: energia elétrica é U·i·Δt; o calor aproveitado esquenta a água por Q = mcΔθ, com as unidades combinando.
Resposta: alternativa A (25 L).
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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