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Q658720 Física
Um estudante dispõe de 40 pilhas, sendo que cada uma delas possui fem igual a 1,5 V e resistência interna de 0,25 Ω. Elas serão associadas e, posteriormente, ligadas num resistor de imersão de resistência elétrica igual a 2,5 Ω. Desejando-se elevar a temperatura em 10°C de 1000 g de um líquido cujo calor específico é igual a 4,5 J/g°C, no menor tempo possível, este estudante montou uma associação utilizando todas as pilhas. Sendo assim, o tempo de aquecimento do líquido, em minutos, foi, aproximadamente, igual a
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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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