Questão 122 do ENEM 2024 — Física
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)
Resolução comentada
A questão pede o material do fusível para um equipamento que deve operar com corrente menor que 1 000 A, usando a relação dada de 4 A por 1 °C de elevação da temperatura.
O fusível deve derreter, interrompendo o circuito, quando a corrente chega a 1 000 A. A elevação de temperatura que essa corrente produz é:
ΔT = 1 000 A / (4 A/°C) = 250 °C.
Assim, o fio do fusível precisa ter temperatura de fusão compatível com esse aquecimento, isto é, na faixa de poucas centenas de graus Celsius. Se a temperatura de fusão fosse muito maior, como a da prata, do zinco ou do silício, seria preciso uma corrente bem maior que 1 000 A para derretê-lo, e o equipamento ficaria desprotegido. O estanho tem temperatura de fusão em torno de 232 °C, compatível com um aquecimento da ordem de 250 °C. Já o frâncio funde perto da temperatura ambiente e derreteria sem necessidade de corrente, o que o torna inviável como fusível.
A resposta é o estanho, o único da lista cuja temperatura de fusão é alcançada com uma corrente próxima de 1 000 A, protegendo o aparelho acima desse valor. Os metais de temperatura de fusão alta exigem correntes muito superiores, e o de temperatura baixíssima falharia por derreter sem corrente.