Conversão de energia elétrica

Para uma feira de Ciências, um grupo de estudantes do último ano, preocupado em demonstrar experimentalmente diferentes conceitos físicos já aprendidos, optou por construir a montagem da figura abaixo que envolve a conversão de energia elétrica em térmica e, em seguida em mecânica. 


 

Nesse experimento, os alunos utilizaram: um recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 100 gramas de água à temperatura inicial T_o e um termômetro, um suporte vertical com uma pequena hélice acoplada, além de um sistema de aquecimento com Potência igual a 160 W formado por um resistor R e por uma fonte de tensão igual a 20 V. 

Conforme mostra a figura, a água líquida, ao ser aquecida, atinge o estado de vapor d’água, que escapa em direção à hélice, movimentando-a. 

Considere :
 - calor específico da água c = 1cal/g°C e o seu L_vap = 2160 J/g; 
 - 1 cal = 4J; 
 - desprezível qualquer tipo de atrito.  

Com base nas informações dadas, responda: 
a) Qual o valor (em ohms) do resistor R utilizado nesse experimento? 
b) Sabendo que após três minutos, quando o termômetro indicava 100°C, o vapor d’água começou a se formar, qual a temperatura inicial da água? 
c) Supondo que o vapor d’água saia pelo tubo numa velocidade constante de 4 m/s, determine a potência mecânica (em W ou J/s) adquirida pela hélice. (Admite-se que toda energia do vapor d’água seja utilizada para a movimentação da hélice).

a) P = U²/R ---> R = U²/P ---> R = 20²/160

b) E = P.t ---> E = 160.180 J 

Q = m.c.dT + m.Lv ---> 100.180 = 100.4.(100 - To) + 100.(2160/4)