ENEM 2009 · Ciências da Natureza · Física · energia
Questão 30 do ENEM 2009
Resposta: letra D. A questão compara a eficiência de gasolina necessária para aquecer 200 litros de água de dois métodos: a combustão direta e o uso de um gerador elétrico que alimenta um resistor.
É possível, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20 °C a 55 °C. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 Ω, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água.
Considerando que o calor específico da água é igual a 4,19 J g⁻¹ °C-1, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão?
- AA quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos.
- BA quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão.
- CA quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão.
- DA quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão.Resposta correta
- EA quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão.
Como resolver a questão 30 passo a passo?
O conceito que resolve
Calorimetria (calor sensível) e Eletrodâmica (potência elétrica e efeito Joule), relacionados pelo princípio da conservação de energia.
Como chegar na resposta
- Calcular o calor necessário para aquecer a água: Q = m · c · ΔT. m = 200.000g, c = 4,19 J/g°C, ΔT = 35°C. Q = 200.000 * 4,19 * 35 = 29.330.000 J.
- Calcular a potência do resistor do gerador: P = V² / R. P = 110² / 11 = 12.100 / 11 = 1.100 W.
- Calcular a energia gerada pelo gerador em 1 hora (3600s): E = P · t. E = 1.100 * 3.600 = 3.960.000 J.
- Comparar a energia necessária com a energia fornecida por 1 litro de gasolina no gerador: 29.330.000 / 3.960.000 ≈ 7,4 vezes.
- Concluir que o gerador precisa de aproximadamente 7 litros de gasolina para fazer o mesmo trabalho que a combustão direta faz com apenas 1 litro.
Por que cada alternativa
- AErro ao assumir que a eficiência de ambos os processos é de 100%, ignorando as perdas na conversão elétrica.
- BErro de cálculo na potência do resistor, resultando em um fator de proporção incorreto de baixo.
- CInversão do raciocínio, acreditando que o gerador é mais eficiente do que a combustão direta.
- DAlternativa correta, pois a razão entre a energia total necessária e a energia produzida por litro no gerador é de aproximadamente 7.
- EErro ao interpretar a razão obtida, concluindo que o gerador gasta menos combustível por ser mais tecnológico.
Onde essa questão derruba a maioria
O aluno pode esquecer de converter o tempo de hora para segundos (3600s) ao calcular a energia em Joule, ou confundir a potência do resistor com a energia total de aquecimento.
O que estudar se você errou
Lembre-se que Potência (Watt) é Joule por segundo. Se o tempo está em horas, a conversão deve ser obrigatoriamente para segundos para chegar aos Joules.
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