ENEM 2022 · Ciências da Natureza · Física · circuitos elétricos
Questão 116 do ENEM 2022
Resposta: letra B. A questão envolve o cálculo da corrente elétrica necessária para proteger uma ducha com três níveis de aquecimento. Utilizando a lei de Ohm e a conservação de energia, determina-se que a corrente máxima é de aproximadamente 29 A, o que leva à escolha de um disjuntor de 30 A como o mais adequado.
O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento (morno, quente e superquente) apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:
Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220 V e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de 4,2 e J/gº C densidade de 1 000 g/L
O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:
- A60 A
- B30 AResposta correta
- C20 A
- D10 A
- E5 A
Como resolver a questão 116 passo a passo?
O conceito que resolve
A proteção de circuitos elétricos contra sobrecargas é realizada por disjuntores, que devem ser dimensionados para suportar a corrente máxima do dispositivo. A corrente é calculada a partir da potência necessária para aquecer a água, considerando a vazão e a variação de temperatura.
Como chegar na resposta
- Identificar a potência necessária para aquecer a água em cada nível, usando a fórmula P = m * c * ΔT / t, onde m é a massa de água, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.
- Calcular a corrente máxima I = P / V, onde V é a tensão de operação (220 V).
- Determinar o disjuntor adequado, que deve ser o múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima calculada.
Por que cada alternativa
- AA corrente máxima calculada é de aproximadamente 29 A, portanto um disjuntor de 60 A é desnecessariamente grande e não oferece a proteção adequada contra sobrecargas menores.
- BA corrente máxima é de aproximadamente 29 A, o que se aproxima mais de 30 A do que de 20 A. Um disjuntor de 30 A é o múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima, tornando-o a escolha correta.
- CUm disjuntor de 20 A é insuficiente, pois a corrente máxima calculada é de aproximadamente 29 A, o que excederia a capacidade do disjuntor e poderia causar desligamentos indesejados.
- DUm disjuntor de 10 A é muito pequeno para a corrente máxima de aproximadamente 29 A, o que resultaria em um desligamento imediato do circuito ao ligar a ducha.
- EUm disjuntor de 5 A é claramente insuficiente para a corrente máxima de aproximadamente 29 A, o que tornaria o circuito inoperável.
Onde essa questão derruba a maioria
A pegadinha está na interpretação da tabela de vazão e temperatura. É necessário calcular a potência térmica para cada nível de aquecimento e, em seguida, converter isso em corrente elétrica.
O que estudar se você errou
Para revisar, é importante praticar o cálculo de potência térmica em sistemas de aquecimento e a conversão dessa potência para corrente elétrica usando a lei de Ohm.
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