MAPA - FISICA II - PRONTO

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ACADÊMICO: Luiz Fernando Rodrigues Carneiro 
	R.A.: 221009435
 
MAPA – FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL II
ETAPA 1 
A sala dos engenheiros é iluminada por um circuito com três lâmpadas incandescentes em paralelo, cada lâmpada possui uma resistência de 10 Ω e uma potência de 60 W. Por razões de economia, a gerência solicitou a substituição das lâmpadas por lâmpadas led com 20 Ω e 10 W.
1.a. Considerando que a tensão da rede seja de 110 V, determine quantas lâmpadas led serão necessárias para substituir as lâmpadas incandescentes.
Como as três lâmpadas estão em paralelo, então cada uma terá a mesma DDP, precisamos calcular a resistência equivalente do sistema:
	
Para o caso inicial, a resistência equivalente é de:
	
Ao se substituir, é necessário que a resistência equivalente de ambos os sistemas permaneça iguais, portanto, podemos fazer:
	
Então, são necessárias 6 lâmpadas de LED para substituir as incandescentes.
1.b. Sabendo que cada lâmpada nova custou R$ 20,00, quantos dias serão necessários para que as novas lâmpadas se paguem com a economia de energia? Suponha que o preço por kWh seja de R$ 0,50 e que a lâmpada fique acesa 8 horas por dia.
 Primeiramente vamos calcular o custo diário de uma lâmpada incandescente:
Cada lâmpada tem 60W de potência, então o custo por hora:
	
Agora o custo diário:
	
O custo total das 3 lâmpadas por dia é de R$ 2,16
Agora, das lâmpadas de LED:
	
	
O custo das 6 lâmpadas por dia será R$ 0,72. 
A diferença de custo por dia será de R$1,44 por dia, ou seja, a cada dia a empresa irá economizar R$1,44, como cada lâmpada custou 20 reais, as 6 lâmpadas foram R$ 120,00, então:
	
ETAPA 2
A empresa X está buscando padronizar seus procedimentos. Diante disso, você notou que na sala em que está trabalhando possui um gerador cujas características da força eletromotriz ε e resistência interna não foram especificadas. Para resolver esse problema você foi até o laboratório e por meio de várias medidas de potencial entre os terminais desse gerador e da corrente elétrica que passa neste circuito obteve a seguinte curva característica:
Analisando o gráfico obtido no experimento, determine: 
2.a. A força eletromotriz do gerador. 
A força eletromotriz é de 12V.
2.b. A resistência interna do gerador. 
A resistência interna pode ser calculada como:
	
2.c. A equação característica desse gerador.
	
2.d. A corrente de curto-circuito. 
A corrente de curto-circuito é 2A.
	
ETAPA 3
Uma das salas de produção de componentes da empresa X tem as seguintes dimensões: 10 m x 10 m x 3 m. Essa sala produz alguns componentes sensíveis à temperatura e para isso deve ser mantida em 15 °C. Atualmente, o controle diário da temperatura da sala está indicando média de 28 °C. Diante disso, a gerência solicitou que você que fosse instalado um segundo sistema para lidar com o excesso de calor. Para tanto, determine a potência necessária desse novo sistema para manter a sala em 15 °C, sabendo que o sistema funciona continuamente. Considere a densidade do ar 1,225 kg/m³ e calor específico do ar 1000 J/kg.K.
A potência térmica pode ser escrita como:
	
Será preciso calcular a massa de ar na sala, então podemos fazer:
	
Onde é a densidade do ar e o volume é o volume da sala:
	
Então:
	
Portanto, a potência:
	
A potência necessária será de 1225W.
ETAPA 4
A empresa possui uma máquina térmica que utiliza gás natural como combustível e gera 500 kW de energia elétrica. Buscando otimizar a utilização dos recursos energéticos, a gerência da empresa resolveu aproveitar o calor gerado pela máquina térmica para atender a necessidade de aquecer a água de 20°C para 60 °C, por meio de um trocador de calor, para utilizá-la nos processos produtivos. Considerando que a máquina térmica apresente uma eficiência de 40%, qual é a vazão de água que pode ser aquecida? Dados: calor específico da água 4200 J/kg.°C 
A vazão, pode ser definida pela razão da massa de água pelo tempo, portanto:
	
Onde é a vazão da água em kg/s. Como a máquina apresenta 40% de rendimento, podemos calcular a vazão como:
	
Então a vazão de água que pode ser aquecida é de 1,19 kg/s.