Questão 1

FUVEST 2011

Física

(Fuvest 2011 - 2ª fase)

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 × 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 ºC. 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 ºC.

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

NOTE E ADOTE

Potência solar incidente na superfície da Terra: 1 kW/m²

Densidade da água: 1g/cm³

Calor específico da água: 4 J/(g ºC)

Calor latente de evaporação da água: 2200 J/g

Desconsidere as capacidades caloríficas do arroz e da panela.

Gabarito:

Resolução:

a) A área A da tampa é

$A = 0,4cdot 0,5 = 0,2 m^2$

Então a potência é $P = 0,2 kW$

b) O volume 300 ml corresponde à massa 300 g, a energia será:

$E = mcdot c cdot Delta T = 300cdot 4 cdot (100-25) = 9cdot 10^4 J$

c) Para que seja evaporado 1/3 de água:

$E =frac{1}{3}mcdot L = frac{1}{3}cdot 300cdot 2 cdot 200 = 2,2 cdot 10^5 J$

Portanto, o tempo total pode ser encontrado pela definição de potência:

$P = frac{E+E}{Delta t} = frac{9cdot 10^4 + 2,2 cdot 10^5}{Delta t} = 0,2 cdot 10^3 herefore Delta t = 1,55 cdot 10^3 s$

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