USCS 2021 (2º semestre) — questão 38 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: que fração da energia elétrica gasta pelo forno foi parar na água, ou seja, o rendimento do forno.

Passo 1 — a energia absorvida pela água (calor sensível). Com a massa em kg, porque o calor específico está em J/(kg·°C): m = 200 g = 0,200 kg e Δθ = 80 − 20 = 60 °C.

$$Q = m\,c\,\Delta\theta = 0{,}200 \times 4\,200 \times 60$$

$$Q = 50\,400\ \text{J}$$

Passo 2 — a energia elétrica consumida. Potência é energia por tempo; em 1,0 min = 60 s:

$$E = P\,\Delta t = 1\,680 \times 60 = 100\,800\ \text{J}$$

Passo 3 — a razão:

$$\frac{Q}{E} = \frac{50\,400}{100\,800} = 0{,}50$$

Metade da energia elétrica aqueceu a água; o resto aqueceu o próprio forno, o recipiente e o ar, ou se perdeu na conversão em micro-ondas.

⚠️ A armadilha: misturar unidades. Deixar a massa em gramas dá um calor mil vezes maior, e deixar o tempo em minutos dá uma energia elétrica 60 vezes menor; em ambos os casos a razão sai maior que 1, o que é impossível: a água não pode receber mais energia do que o forno consumiu.

A ideia em uma frase: rendimento é energia útil (m·c·Δθ) sobre energia consumida (P·Δt), tudo em joules.

Resposta: alternativa E (0,50).