Question

Um forno solar simples foi construído com uma caixa de isopor, forrada internamente com papel alumínio e fechada com uma tampa de vidro de 40 cm x 50 cm. Dentro desse forno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xícara de arroz e 300 ml de água à temperatura ambiente de 25 o C. Suponha que os raios solares incidam perpendicularmente à tampa de vidro e que toda a energia incidente na tampa do forno a atravesse e seja absorvida pela água. Para essas condições, calcule:

a) A potência solar total P absorvida pela água.

b) A energia E necessária para aquecer o conteúdo da panela até 100 o C.

c) O tempo total T necessário para aquecer o conteúdo da panela até 100 o C e evaporar 1/3 da água nessa temperatura (cozer o arroz).

Answer 1

Primeiramente, determinemos a área (A) do forno solar, a partir das informações recebidas:

I = 1,0k W/m² = 1,0 . 10³W/m²
A = 0,50 . 0,40 (m²)
A = 0,20m²


Considerando todas as informações e na hipótese de ter-se a incidência solar (I) na tampa de vidro do forno, os resultados para as perguntas a, b e c serão:

a) $I_{solar} = \frac{P}{A}$
    1,0 . 10³ = $\frac{P}{0,20}$ ⇒ P = 2,0 . 10²W


b) Nestas condições, apenas a água está absorvendo calor, portanto teremos:
E = (m c Δθ)h2O ⇒ E = 300 . 4,0 . (100 - 25) (J)

Da qual: E = 9,0 . 10⁴J


c) $E_{total} = E + E'$ ⇒ $E_{total} = E + \frac{ m_{H2O} }{3} . L_{V}$
$E_{total} = 9,0 . 10^{4} + \frac{300}{3} . 2200 (J)$

$E_{total} = 3,1 . 10^{5} J$

P = $E_{total}$ / Δt = $\frac{ E_{total} }{P} = \frac{3,1 . 10^{5} }{2,0 . 10^{2} } (s)$

Δt = 1,55 . 10³s

Logo, os resultados obtidos são: 
a) 2,0 . 10²W
b) 9,0 . 10⁴J
c) 1,55 . 10³s