Dilatação térmica

(UnB - DF) Um estudante, ao saber que em uma lâmpada incandescente boa parte do consumo de energia elétrica dá-se sob a forma indesejável de geração de calor, resolveu avaliar qual porcentagem da energia elétrica consumida pela lâmpada transforma-se efetivamente em energia luminosa. Para isso, fixou uma lâmpada de 220V e 60W em um furo feito na tampa de uma pequena caixa de isopor com janelas de vidro nas laterais, conforme mostra o esquema abaixo. Encheu a caixa com um litro de água, quantidade suficiente para mergulhar completamente o bulbo de vidro da lâmpada, e pôs a tampa na caixa. Utilizou um termômetro clínico, com escala de 35ºC a 42º, para medir a temperatura da água. Ligou a lâmpada durante 100 s e observou que a temperatura da água estabilizou-se em 35,5ºC. Ao registrar os dados do experimento, ressaltou que não foi possível medir a temperatura inicial da água, já que estava abaixo da menor medida da escala do termômetro.
No experimento descrito, considere o equivalente mecânico do calor como 1 cal = 4 J, o calor específico da água igual a 1cal/gºC e a densidade da água igual a 1g/mL. Além disso, considere que a energia elétrica seja transformada pela lâmpada apenas em energia térmica e em energia luminosa na faixa do espectro de luz visível. Sabendo que a eficiência luminosa da lâmpada é o quociente da energia luminosa na faixa do espectro de luz visível pela energia total e que a temperatura inicial da água era de 34,5ºC, calcule, em porcentagem, a eficiência luminosa da lâmpada. Considere desprezíveis quaisquer outras possíveis transformações de energia e despreza a parte fracionária, caso exista.

Spoiler:

Essa tá bem difícil...

60 W = 60 J/s

Para t = 100 s -----> 6 000 J

Calor necassário para aquecer 1 000 g de água:

Q = m*c*(T - To) ----> Q = 1 000*1*(35,5 - 34,5) ---> Q = 1 000 cal ----> Q = 4 000 J

Energia luminosa da lâmpada = 6 000 - 4 000 = 2 000 J

Eficiência luminosa da lâmpada ----> E = 2 000/6000 ----> E = 1/3 ----> E ~= 33%

Obs.: O título da sua questão não é adequado: ela não é de dilatação térmica. Poderia ser "Eficiêmcia luminosa da lâmpada"

Obs. 2: Não façam esta experiência em casa: a probabilidade de fechar um curto-circuito devido à água é grande!!

Muito obrigada pela resposta! É que o tópico que eu estou estudando é sobre dilatação, então achei que fosse.