UFJF 2023 (PISM, Módulo II) — questão 14 de Física

Enunciado em texto
Considere os valores a seguir para as quantidades físicas. Calor específico da água: , , e densidade da água: .
Um sistema de aquecimento solar de água é um equipamento composto por duas partes principais. A primeira parte, chamada de coletor, é formada por uma ou mais placas de vidro e por tubos metálicos. A segunda parte do sistema é formada pelo reservatório térmico de água. As duas partes são conectadas e funcionam da seguinte maneira: as placas captam o calor do sol e transferem essa energia para a água que passa pelos tubos do sistema e chegam até o reservatório. Esse reservatório serve para entregar água quente onde haja demanda. Esses equipamentos têm se popularizado e podem ser vistos em telhados de residências, no comércio e na indústria. Considere que um equipamento desses instalado em uma região do Brasil com alta incidência solar consiga entregar uma potência de 25000 calorias por minuto ao sistema. Considerando que toda energia é absorvida pela água, determine o tempo necessário para aquecer 200 litros de água de a :
A)
B)
C)
D)
E)
(Enunciado: PISM 2023 (UFJF), Módulo II, 2º dia — Universidade Federal de Juiz de Fora (COPESE).)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) e à sua Coordenação Geral de Processos Seletivos (COPESE).
Resolução comentada
O que a questão pede: quanto tempo o aquecedor solar leva para esquentar 200 L de água de 25 °C a 75 °C.
Passo 1 — a massa de água. Com densidade e , cada litro tem 1000 g:
Passo 2 — o calor necessário. É calor sensível, com :
Passo 3 — o tempo. Potência é energia por tempo, e a potência já está em calorias por minuto, então não é preciso converter para joules:
Conferindo: 25000 cal/min aquecem 25 litros de água em 1 °C por minuto; para 200 L (8 vezes mais água) subirem 50 °C, são necessários minutos.
⚠️ A armadilha: usar uma das temperaturas no lugar da variação: com 25 °C o resultado seria 200 min (alternativa B). Também não há por que usar aqui: os dados do quadro valem para a prova toda, mas nesta questão tudo já está em calorias.
A ideia em uma frase: calcule o calor com e divida pela potência, mantendo as mesmas unidades de energia nos dois.
Resposta: alternativa E ().
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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