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ENEM 2022 · questão 111

Física · potência elétrica · calorimetria · corrente elétrica

O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento (morno, quente e superquente) apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:

Vazão (L/min)ΔT (°C) mornoΔT (°C) quenteΔT (°C) superquente
3102030
651015

Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220 V e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de 4,2 J/(g·°C) e densidade de 1 000 g/L. O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:

O que a prova mostra

A figura é o quadro do enunciado. A primeira coluna é a vazão, em L/min; as outras três ficam sob o título ΔT (°C) e correspondem aos níveis morno, quente e superquente. Com vazão de 3 L/min, a água esquenta 10, 20 e 30 °C; com 6 L/min, esquenta 5, 10 e 15 °C.

  1. A

    60 A

  2. B

    30 A

  3. C

    20 A

  4. D

    10 A

  5. E

    5 A

Resposta: B

A maior potência é a do superquente: 6 300 W. Em 220 V, isso dá 28,6 A, e o múltiplo de 5 A logo acima é 30 A.

Por que a B é a certa

A potência é a energia que a água recebe por segundo. A 3 L/min passam 50 g de água por segundo; no superquente ela esquenta 30 °C: 50 × 4,2 × 30 = 6 300 W. A 6 L/min o superquente dá a mesma potência, porque a vazão dobra e o ΔT cai à metade. Essa é a maior do quadro. Em 220 V, a corrente é 6 300 ÷ 220 ≈ 28,6 A, e o múltiplo de 5 A imediatamente acima é 30 A.

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Precisava saber

calor sensível: Q = m·c·ΔTpotência elétrica: P = U·i

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