Um chaleira elétrica aquece m = 1,20 kg de água de T_i = 20,0 °C a T_f = 100,0 °C em t = 240 s. A potência…

Questão

Um chaleira elétrica aquece m = 1,20 kg de água de T_i = 20,0 °C a T_f = 100,0 °C em t = 240 s. A potência elétrica fornecida é P_in = 2200 W; durante o aquecimento há perda contínua ao ambiente P_loss = 150 W. Calcule: (a) Q necessário para a água; (b) energia elétrica total E_in; (c) eficiência ? = Q/E_in; (d) potências úteis e de perda (em W) e descreva um gráfico de fluxos de potência; (e) produza um breve comunicado (público geral) com os resultados.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculos e resposta modelo: 1) Q = m·c·?T, com c_água = 4180 J·kg?¹·K?¹; ?T = 80 K Q = 1,20·4180·80 = 401280 J ˜ 4,01×10^5 J. 2) E_in = P_in·t = 2200 W·240 s = 528000 J = 5,28×10^5 J. 3) Eficiência ? = Q/E_in = 401280/528000 = 0,760 ? 76,0%. 4) Potência útil média P_use = Q/t = 401280/240 = 1672 W. Potência total de perda P_loss_total = P_in - P_use = 2200 - 1672 = 528 W. Dessas perdas, P_loss ambiente = 150 W (dado) e perdas adicionais (caldeira, vapor, radiação) P_other = 528 - 150 = 378 W. Gráfico textual: um diagrama de blocos com uma seta P_in = 2200 W entrando; dentro do bloco dividir em P_use = 1672 W (seta para "água"); P_loss ambiente = 150 W (seta para "ambiente"); P_other = 378 W (seta para "outras perdas"). As áreas/alturas das setas devem ser proporcionais às potências. 5) Comunicado (público geral, ~2-3 frases): "Para aquecer 1,20 kg de água de 20 °C a 100 °C a chaleira consumiu 528 kJ de energia elétrica; 401 kJ foram incorporados à água (˜76% de eficiência). Cerca de 15% da energia foi dissipada ao ambiente e o restante perdeu-se em componentes e vapor. Escolher chaleiras bem isoladas e desligar ao atingir a fervura reduz desperdício e conta de energia."

Explicação

Os cálculos realizados utilizam as fórmulas apropriadas para determinar a quantidade de calor necessária para aquecer a água, a energia total consumida e a eficiência do processo. A análise das potências úteis e de perda fornece uma visão clara das perdas energéticas, enquanto o gráfico textual ilustra de forma visual a distribuição das potências. O comunicado final resume os resultados de maneira acessível ao público, enfatizando a importância da eficiência energética.

Raio-X da questão

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