A utilização de fusíveis em equipamentos eletrônicos é fundamental para a sua preservação. De forma simplificada, esse dispositivo é composto de terminais metálicos, conectados por um fio condutor envolvido por um corpo de vidro, como ilustrado na figura. A passagem de corrente elétrica gera calor por efeito Joule, o que provoca um aumento local na temperatura. Considere que são necessários, em média, 4 A de corrente para a elevação da temperatura em 1 °C. As temperaturas de fusão de diferentes materiais são apresentadas a seguir.
Para um equipamento que deve operar com uma corrente menor que 1 000 A, o material adequado para o fusível é o(a)
A) estanho.
B) frâncio.
C) prata.
D) silício.
E) zinco.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Propriedades físicas de materiais (pontos de fusão), efeito Joule e fusíveis.
Nível da Questão: Médio
Gabarito: A (estanho)
Tema/Objetivo Geral: Identificar o material com ponto de fusão adequado para ser usado como fusível em um circuito de corrente menor que 1000 A.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomar o Comando da Questão:
“Para um equipamento que deve operar com uma corrente menor que 1 000 A, o material adequado para o fusível é…?”
🔹 Explicação Detalhada:
A questão apresenta diferentes materiais (frâncio, estanho, zinco, prata e silício), com pontos de fusão variados. O fusível deve fundir antes de a corrente alcançar valores que possam danificar o equipamento (valores acima de 1 000 A). O texto menciona que cada 4 A de corrente eleva a temperatura em 1 °C no condutor do fusível.
✔ Identificação de Palavras-chave:
- “Fusível”
- “Temperatura de fusão”
- “Corrente menor que 1 000 A”
- “4 A → +1 °C”
📌 Definição do Objetivo:
Descobrir qual material, ao atingir cerca de 1 000 A, terá sua temperatura aproximada ao ponto de fusão, garantindo que o fusível se rompa adequadamente antes de danificar o equipamento.
➡️ Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos explicar os conceitos e conteúdos necessários.
Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
📌 Conceitos Teóricos Essenciais:
- Efeito Joule: Corrente elétrica em um condutor gera calor, elevando a temperatura.
- Fusível: Componente de proteção que deve derreter quando a corrente excede determinado valor, protegendo o circuito.
- Ponto de Fusão: Se o fusível é feito de um material com ponto de fusão menor, ele se romperá em temperaturas mais baixas, protegendo o equipamento.
➡️ Com esses conceitos estabelecidos, prossigamos para a interpretação do texto.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Análise do Contexto:
O enunciado informa a passagem de corrente e o consequente aumento de temperatura (1 °C a cada 4 A). Queremos um fusível que atinja sua fusão (derreta) antes de ultrapassar 1 000 A.
🔹 Identificação de Frases-chave:
- “… 4 A de corrente para a elevação de 1 °C.”
- “… pontos de fusão: Fr (27 °C), Sn (232 °C), Zn (420 °C), Ag (960 °C), Si (1400 °C).”
✔ Relação com os Conteúdos:
Precisamos correlacionar o aumento de temperatura ao ponto de fusão, escolhendo o material que fundirá de modo a interromper a corrente em torno de 1 000 A.
➡️ Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio para a resolução completa.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Resolução Completa:
- Cada 4 A → +1 °C na temperatura do fusível.
- Para 1 000 A, a elevação de temperatura seria:
- (1 000 A) / (4 A/°C) = 250 °C acima da temperatura ambiente.
- Precisamos de um material cujo ponto de fusão seja próximo ou ligeiramente abaixo de 250 °C para que o fusível se rompa antes de correntes ainda maiores.
- Verificando os valores:
- Frâncio (27 °C) é muito baixo (quase derreteria em condições de temperatura ambiente).
- Estanho (232 °C) é próximo de 250 °C.
- Zinco (420 °C) é bem maior que 250 °C.
- Prata (960 °C) e silício (1400 °C) são muito altos.
- Assim, o estanho (232 °C) se encaixa melhor: quando o sistema atingir cerca de 250 °C, o estanho funde e interrompe a corrente.
🔹 Explicação da Lógica:
O estanho possui ponto de fusão (232 °C) próximo do valor de 250 °C calculado. Ele derreterá na faixa de corrente que protege o equipamento (correntes acima de ~1 000 A).
➡️ Com o raciocínio desenvolvido, vamos analisar as alternativas apresentadas.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Reescrita das Alternativas:
- A) Estanho (232 °C)
- B) Frâncio (27 °C)
- C) Prata (960 °C)
- D) Silício (1400 °C)
- E) Zinco (420 °C)
✅ Justificativa da Alternativa Correta (A):
O estanho funde em 232 °C, valor adequado para interromper a corrente em torno de 1 000 A (elevação de ~250 °C), garantindo proteção.
❌ Análise das Alternativas Incorretas:
- Frâncio (27 °C): Extremamente baixo, já fundiria em temperatura ambiente.
- Prata (960 °C), Silício (1400 °C), Zinco (420 °C): Muito altos, dificultando a fusão rápida para proteção.
➡️ Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
O estanho, com ponto de fusão 232 °C, é o material que se aproximará da temperatura final quando a corrente chegar a cerca de 1 000 A, derretendo e protegendo o equipamento.
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
A resposta correta é A (estanho).
🔍 Resumo Final:
Dado o efeito Joule e a elevação de temperatura proporcional à corrente, o estanho é o material cujo ponto de fusão (232 °C) coincide com a faixa necessária para fusão em torno de 1 000 A, tornando-o o fusível mais adequado.
