Um estudante dispõe de 40 pilhas, sendo que cada uma delas ...
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1) Calor necessário para aquecer o líquido:
Q = mcΔT
Q = 1000 × 4,5 × 10 = 45000 J
2) Associação das pilhas
Cada pilha possui:
- fem = 1,5 V
- resistência interna = 0,25 Ω
Se forem associadas com:
- n pilhas em série por ramo;
- m ramos em paralelo;
então:
n · m = 40
A associação terá:
E = 1,5n
r = (0,25n)/m
Como m = 40/n:
r = (0,25n)/(40/n)
r = n²/160
3) Condição para obter a maior potência
Para que o aquecimento ocorra no menor tempo possível, a potência dissipada no resistor deve ser máxima.
Assim:
r = R
n²/160 = 2,5
n² = 400
n = 20
Logo, a associação correta é:
- 20 pilhas em série;
- 2 ramos em paralelo.
4) Características da associação
fem equivalente: E = 20 × 1,5 = 30 V
Resistência interna equivalente: r = 2,5 Ω
Corrente no circuito:
I = E/(R + r)
I = 30/(2,5 + 2,5)
I = 6 A
5) Potência no resistor
P = I²R
P = 6² × 2,5
P = 90 W
6) Tempo de aquecimento
Q = Pt
t = Q/P
t = 45000/90
t = 500 s
t = 500/60 ≈ 8,3 min
Resposta: letra B (8 minutos).
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