ENEM 2024 — questão 129 de Física

Resolução comentada

Atenção: esta questão foi ANULADA pelo INEP — consta como Anulado no gabarito oficial do Caderno 7. Mantemos aqui porque a conta é um bom treino de calorimetria com rendimento.

O que se pediria: a eficiência da cafeteira, comparando a energia que a água precisou receber com a energia que a tomada entregou.

Passo 1 — energia necessária para ferver a água.

$Q = m\,c\,\Delta T = 500\ \text{g}\cdot 1\ \dfrac{\text{cal}}{\text{g}\,{}^\circ\text{C}}\cdot (100-20)\,{}^\circ\text{C} = 40\,000\ \text{cal}$

Em joules, com $1\ \text{cal}=4{,}2\ \text{J}$:

$Q = 40\,000\cdot 4{,}2 = 168\,000\ \text{J}$

Passo 2 — energia entregue pela cafeteira em 3 minutos.

$E = P\,\Delta t = 700\ \text{W}\cdot 180\ \text{s} = 126\,000\ \text{J}$

Passo 3 — e aqui a questão trava. O rendimento seria $\eta = \dfrac{Q}{E}=\dfrac{168\,000}{126\,000}\approx 1{,}33$, isto é, 133%. Impossível: nenhum aparelho entrega mais energia do que recebe. Do jeito que os números foram dados, a água precisaria de 240 s (4 min) mesmo sem perda alguma — mais do que os 3 min medidos.

Como estudar assim mesmo: troque o tempo medido para um valor maior que 240 s e a conta volta a fazer sentido. Com 4 minutos, por exemplo, a eficiência daria os 100% do caso ideal; com 5 minutos, $\eta = 168\,000/210\,000 = 80\%$.

Fica a lição: ao terminar uma questão de rendimento, olhe o resultado. Eficiência maior que 100% é sinal de erro — de conta sua ou, como aqui, do enunciado.