Question

(FUVEST ­ Alterada)
Um aquecedor elétrico é mergulhado em um recipiente com 1,2 L de água a 10 °C e, cinco
minutos depois, a água começa a ferver a 100 °C. Se o aquecedor não for desligado, toda a água
irá evaporar e o aquecedor será danificado. Determine a potência térmica do aquecedor em Watts.
Use:
1 caloria = 4 joules
Densidade da água = 1 kg/L
Calor específico da água = 1,0 cal/(g°C)
Calor de vaporização da água = 540 cal/g
a) 400 W
b) 600 W
c) 800 W
d) 1200 W
e) 1600 W

Answer 1

Sabemos que potência ($P_{t}$) é igual a razão entre o trabalho realizado ($T$) e a variação de tempo ($t$).
$P_{t}=\frac{T}{t}$
Neste caso, o trabalho realizado foi a transformação de energia potencial elétrica em energia térmica, por meio do efeito Joule, pois o aquecedor é um resistor. Então:
$P_{t}=\frac{Q}{t}$
$P_{t}=\frac{mc(T-T_{o})}{t}$  
$(T-T_{o})$ é a variação de temperatura $=90^{o}C$ 
$P_{t}=\frac{m*1*90}{t}$       
O tempo é de 5 minutos, porém devemos passar para segundos:
$5*60=300$ s
Agora, devemos encontrar a massa. Sabemos que a densidade ($D$) é:
$D=\frac{m}{V}$
$m=D*V$
$m=1,2$ kg
Mas devemos transferir para gramas, uma vez que o calor específico foi dado em $cal/g^{o}C$, logo
$m=1.200$ g
Agora
$P_{t}=\frac{1.200*1*90}{300}$
Mas não podemos nos esquecer de que o numerador estará em calorias, para transferirmos para Joules devemos multiplicar por 4, então:
$P_{t}=360*4$
$P_{t}=14,4*10^{2}$ W