ENEM 2009 — questão 14 de Física

Gabarito EEnergia — rendimento de um processo em etapas (produto das eficiências)1º dia · Aplicação regular · Caderno 2 (Amarelo)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 14 de Física do ENEM 2009

Enunciado em texto

A eficiência de um processo de conversão de energia é definida como a razão entre a produção de energia ou trabalho útil e o total de entrada de energia no processo. A figura mostra um processo com diversas etapas. Nesse caso, a eficiência geral será igual ao produto das eficiências das etapas individuais. A entrada de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis (como resíduos de calor).

[Figura: uma usina de força (chaminé soltando fumaça e pilha de carvão), ligada por linhas de transmissão (torres e fios) a uma casa com uma lâmpada acesa. Legendas: “Usina de força E1=0,35E_1 = 0{,}35”; “Linhas de transmissão E2=0,90E_2 = 0{,}90”; “Luz E3=0,05E_3 = 0{,}05”; “Eficiência geral = 1,6%”. Embaixo: “Eficiência geral da conversão de energia química em energia luminosa = E1×E2×E3=0,35×0,90×0,05=0,016E_1 \times E_2 \times E_3 = 0{,}35 \times 0{,}90 \times 0{,}05 = 0{,}016”.]

HINRICHS, R. A. Energia e Meio Ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).

Aumentar a eficiência dos processos de conversão de energia implica economizar recursos e combustíveis. Das propostas seguintes, qual resultará em maior aumento da eficiência geral do processo?

a) Aumentar a quantidade de combustível para queima na usina de força.

b) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade.

c) Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias.

d) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor.

e) Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias.

(Enunciado e figura: ENEM 2009, aplicação regular, Caderno 2 – Amarelo — INEP.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.

Resolução comentada

O que a questão pede: qual mudança aumenta mais a eficiência geral, que é o produto das eficiências das etapas.

Passo 1 — a eficiência geral:

η=E1×E2×E3\eta = E_1 \times E_2 \times E_3

η=0,35×0,90×0,05=0,016\eta = 0{,}35 \times 0{,}90 \times 0{,}05 = 0{,}016

Só sobe se alguma das etapas ficar mais eficiente. A etapa mais fraca é a lâmpada: só 5% da energia elétrica vira luz; o resto vira calor.

Passo 2 — a proposta (E) mexe em duas etapas. Condutores melhores (menor resistência) perdem menos energia por efeito Joule nas linhas: E2E_2 sobe. Lâmpadas fluorescentes transformam em luz uma fração várias vezes maior da energia elétrica que as incandescentes: E3E_3 sobe bastante. Como a eficiência geral é um produto, melhorar o fator mais baixo dá o maior ganho.

Por que não as outras:

• (A) queimar mais combustível aumenta a energia de entrada e a de saída na mesma proporção: a eficiência não muda;

• (B) a lâmpada incandescente faz o contrário do que a alternativa diz: gera muito calor e pouca luz (é ela que tem o E3=0,05E_3 = 0{,}05);

• (C) desligar aparelhos economiza energia, mas não muda a fração aproveitada em cada etapa;

• (D) cabo mais fino tem resistência maior, perde mais energia na transmissão e diminui E2E_2.

⚠️ A armadilha: a (C). Gastar menos não é o mesmo que ser mais eficiente: eficiência é a fração da energia de entrada que vira energia útil.

A ideia em uma frase: a eficiência geral é o produto das eficiências das etapas, e o maior ganho vem de melhorar as etapas que mais desperdiçam.

Resposta: alternativa E (condutores melhores e lâmpadas fluorescentes).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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