COMPETÊNCIAS E HABILIDADES CADERNO 11 PROF.: Célio Normando CA 6 - Apropriar-se de conhecimentos da Física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. H23 Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas. OBJETO DO CONHECIMENTO: Propagação do calor - Irradiação 1. (ENEM 2007) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: Thompson. 3ª- ed. 2004, p. 529 (com adaptações). Nesse sistema de aquecimento, A) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. C) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. D) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. SOLUÇÃO: A cobertura de vidro é transparente à luz visível, que é absorvida pelos dois tanques pretos. Eles acabam se aquecendo e, assim, parte do calor é transferida para a água, aquecendo-a, enquanto outra parte é irradiada. O calor irradiado é refletido na cobertura de vidro (efeito estufa), voltando para os tanques. RESPOSTA (B) OBJETO DO CONHECIMENTO: Conversão de energia e sua eficiência 2. (ENEM 2009) 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).
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. SOLUÇÃO: a) Errada. Aumentar a quantidade de combustível aumenta a quantidade de energia gerada, mas não aumenta a eficiência do sistema. b) Errada. Lâmpadas incandescentes são as que mais dissipam energia na forma de calor, cerca de 90% da energia consumida. c) Errada. Diminui o consumo de energia, mas não aumenta a eficiência do sistema. d) Errada. Cabos com menor diâmetro diminuem a área da secção transversal do condutor, aumentando a resistência, dissipando mais calor na linha de transmissão. e) Correta. A melhora das propriedades condutoras dos materiais utilizados nas linhas de transmissão leva a uma diminuição da resistência elétrica destas, reduzindo as perdas de energia e aumentando a eficiência geral. Para uma mesma intensidade luminosa, lâmpadas fluorescentes consomem menos energia elétrica que lâmpadas incandescentes, resultando em melhora da eficiência geral. RESPOSTA (E) OBJETO DO CONHECIMENTO: Transformação de energia 3. (ENEM 2007) Istoé, nº- 1.864, set./2005, p. 69 (com adaptações).
Com o projeto de mochila ilustrado acima, pretende-se aproveitar, na geração de energia elétrica para acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da energia desperdiçada no ato de caminhar. As transformações de energia envolvidas na produção de eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa mochila podem ser assim esquematizadas: As energias I e II, representadas no esquema acima, podem ser identificadas, respectivamente, como A) cinética e elétrica. D) sonora e térmica. B) térmica e cinética. E) radiante e elétrica. C) térmica e elétrica. SOLUÇÃO: De acordo com o texto: A energia produzida pelo vai-e-vem... faz girar um motor conectado ao gerador de eletricidade. Conclui-se que o sistema transforma energia potencial em cinética que, por sua vez, é transformada em elétrica. RESPOSTA (A) OBJETO DO CONHECIMENTO: Fonte de energia renovável 4. (ENEM 2003) O setor de transporte, que concentra uma grande parcela da demanda de energia no país, continuamente busca alternativas de combustíveis. Investigando alternativas ao óleo diesel, alguns especialistas apontam para o uso do óleo de girassol, menos poluente e de fonte renovável, ainda em fase experimental. Foi constatado que um trator pode rodar, nas mesmas condições, mais tempo com um litro de óleo de girassol, que com um litro de óleo diesel. Essa constatação significaria, portanto, que usando óleo de girassol, A) o consumo por km seria maior do que com óleo diesel. B) as velocidades atingidas seriam maiores do que com óleo diesel. C) o combustível do tanque acabaria em menos tempo do que com óleo diesel. D) a potência desenvolvida, pelo motor, em uma hora, seria menor do que com óleo diesel. E) a energia liberada por um litro desse combustível seria maior do que por um de óleo diesel. SOLUÇÃO: Considerando-se que a energia utilizada por um determinado tipo de trator, em certas condições, é constante, para qualquer um dos combustíveis que se utilize, quanto maior a energia liberada por um litro de determinado combustível, menor será o consumo deste, sendo possível rodar mais tempo. Assim, a energia liberada por um litro de óleo de girassol seria maior que aquela gerada por um litro de óleo diesel. RESPOSTA (E) OBJETO DO CONHECIMENTO: Redução do consumo de Energia Elétrica 5. (ENEM 2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição inverno ou quente. Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia-a-dia, reduzir A) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. B) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. C) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. D) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. E) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.
SOLUÇÃO: Substituição de lâmpadas incandescentes, evitar utilização de chuveiro elétrico na posição inverno, utilização do ferro de passar roupa de uma só vez, não utilização de benjamins e utilização de fios com diâmetros recomendáveis na instalação elétrica são recomendações que reduzem o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. RESPOSTA (C) CA 1 Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade. H1 - Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos. OBJETO DO CONHECIMENTO: Ondulatória, Ondas e Oscilações 6. (UFG 2008 Modificada) Como funciona o forno de micro-ondas? As ondas eletromagnéticas geradas pela fonte de um forno de micro-ondas têm uma frequência bem característica, e, ao serem refletidas pelas paredes internas do forno, criam um ambiente de ondas estacionárias. O cozimento (ou esquentamento) ocorre devido ao fato de as moléculas constituintes do alimento, sendo a de água a principal delas, absorverem energia dessas ondas e passarem a vibrar com a mesma frequência das ondas emitidas pelo tubo gerador do forno. O fênomeno físico que explica o funcionamento do forno de microondas é a: A) ressonância B) interferência C) difração D) polarização E) absorção SOLUÇÃO: O funcionamento do forno micro-ondas se baseia no fenômeno da ressonância. As micro-ondas têm freqüência (2,45 GHz) próxima à freqüência natural de vibração das moléculas de água e gordura dos alimentos. Isso confere a essas ondas a extrema facilidade de serem transmitidas a essas moléculas e as fazerem vibrar na mesma frequência que essas ondas, por ressonância. RESPOSTA (A) OBJETO DO CONHECIMENTO: Ondulatória, Ondas e Oscilações 7. (ENEM 2009) Os radares comuns transmitem micro-ondas que refletem na água, gelo e outras partículas na atmosfera. Podem, assim, indicar apenas o tamanho e a distância das partículas, tais como gotas de chuva. O radar Doppler, além disso, é capaz de registrar a velocidade e a direção na qual as partículas se movimentam, fornecendo um quadro do fluxo de ventos em diferentes elevações. Nos Estados Unidos, a Nexrad, uma rede de 158 radares Doppler, montada na década de 1990 pela Diretoria Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA), permite que o Serviço Meteorológico Nacional (NWS) emita alertas sobre situações do tempo potencialmente perigosas com um grau de certeza muito maior. O pulso da onda do radar ao atingir uma gota de chuva, devolve uma pequena parte de sua energia numa onda de retorno, que chega ao disco do radar antes que ele emita a onda seguinte. Os radares da Nexrad transmitem entre 860 a 1300 pulsos por segundo, na frequência de 3000 MHz. FISCHETTI, M., Radar Meteorológico: Sinta o Vento. Scientific American Brasil. nº- 08, São Paulo, jan. 2003. No radar Doppler, a diferença entre as frequências emitidas e recebidas pelo radar é dada por Δf = (2ur/c)f0 onde ur é a velocidade relativa entre a fonte e o receptor, c = 3,0. 10 8 m/s é a velocidade da onda eletromagnética, e f0 é a frequência emitida pela fonte. Qual é a velocidade, em km/h, de uma chuva, para a qual se registra no radar Doppler uma diferença de frequência de 300 Hz? A) 1,5 km/h B) 5,4 km/h C) 15 km/h D) 54km/h E) 108 km/h SOLUÇÃO: Dados: c = 3 10 8 m/s; f0 = 3.000 MHz = 3 10 9 Hz; f = 300 Hz. Da expressão dada:
2ur f f c 0 ur = fc 2f 0 ur = 3 10 3 10 9 2 3 10 2 8 v = 15 m/s v = 54 km/h. RESPOSTA (D) CA 2 Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos. H5 - Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano. OBJETO DO CONHECIMENTO: Potência Elétrica - Fusíveis 8. (ENEM 2010) Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquela que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados. Fusível Corrente Elétrica (A) Azul 1,5 Amarelo 2,5 Laranja 5,0 Preto 7,5 Vermelho 10,0 Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento, o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o: A) azul B) preto C) laranja D) amarelo E) vermelho SOLUÇÃO: Dados: P = 55 W; U = 36 V. Calculando a corrente em cada farol: P = U i i = P 55 A. U 36 Quando eles são ligados a um mesmo fusível, a corrente é o dobro. 55 110 I = 2 i = 2 I = 3,05 A. 36 36 Para suportar essa corrente, o menor valor de fusível deve ser 5 A, ou seja, o laranja. OBJETO DO CONHECIMENTO: Funcionamento de lâmpadas incandescentes RESPOSTA (C) 9. (UFMG 2010 MODIFICADA) Um professor pediu a seus alunos que ligassem uma lâmpada a uma pilha com um pedaço de fio de cobre. Nestas figuras, estão representadas as montagens feitas por quatro estudantes:
Considerando-se essas quatro ligações, é CORRETO afirmar que a lâmpada vai acender apenas: A) na montagem de Mateus B) na montagem de Pedro C) nas montagens de João e Pedro D) nas montagens de Carlos, João e Pedro E) em todas as montagens SOLUÇÃO: Para que a lâmpada opere corretamente, ela deve ter um terminal do filamento ligado ao pino e o outro ligado à rosca, conforme ilustrado na figura. Na montagem de Carlos, a lâmpada não acende porque os dois terminais da pilha estão ligados à rosca (curto-circuito). Na montagem de Mateus, a lâmpada não acende porque o circuito não está fechado. RESPOSTA (C) CA2 Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos. H6 - Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum. OBJETO DO CONHECIMENTO: Energia Elétrica 10. (CPS 2010) Pequenos consumos podem parecer bobagem, mas quando somados se tornam grandes gastos. Para ajudarmos o nosso planeta e também economizarmos o nosso salário, devemos desligar os aparelhos e não os deixar no modo de espera, conhecido por stand by. Pensando nisso, considere a situação: um determinado DVD consome 20 W em stand by; admita que esse DVD permaneça, em média, 23 horas por dia em stand by; 1 kwh de energia equivale ao consumo de um aparelho de 1 000 W de potência durante uma hora de uso (1 kwh = 1 000 W 1 h); o preço de 1 kwh é R$ 0,40. Adote: 1 ano = 365 dias. Conclui-se que o consumo anual, em média, desse aparelho em stand by é, aproximadamente, de: A) R$ 7,00 B) R$ 19,00 C) R$ 38,00 D) R$ 67,00 E) R$ 95,00 SOLUÇÃO: Dados: P = 20 W = 0,02 W; t = 365 23 = 8.395 h; 1 kwh R$ 0,40. O consumo anual de energia é: E = P t = 0,02 (8.395) = 167,9 kwh. Custo = 167,9 (0,40) R$ 67,00. RESPOSTA (D)
GABARITO 1. B 2. E 3. A 4. E 5. C 6. A 7. D 8. C 9. C 10. D