Rumo ao ENEM

Olá Pessoal. Outra coleção de exercícios para vocês. Qualquer dúvida é só consultar as aulas do Blog.

Borges e Nicolau

Eletricidade, Usinas elétricas e Ondas eletromagnéticas (VII)

Questão 51:

Duas irmãs que dividem o mesmo quarto de estudos combinaram de comprar duas caixas com tampas para guardarem seus pertences dentro de suas caixas, evitando, assim, a bagunça sobre a mesa de estudos. Uma delas comprou uma metálica, e a outra, uma caixa de madeira de área e espessura lateral diferentes, para facilitar a identificação. Um dia as meninas foram estudar para a prova de Física e, ao se acomodarem na mesa de estudos, guardaram seus celulares ligados dentro de suas caixas.
Ao longo desse dia, uma delas recebeu ligações telefônicas, enquanto os amigos da outra tentavam ligar e recebiam a mensagem de que o celular estava fora da área de cobertura ou desligado.
Para explicar essa situação, um físico deveria afirmar que o material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações é de

a) madeira, e o telefone não funcionava porque a madeira não é um bom condutor de eletricidade.
b) metal, e o telefone não funcionava devido à blindagem eletrostática que o metal proporcionava.
c) metal, e o telefone não funcionava porque o metal refletia todo tipo de radiação que nele incidia.
d) metal, e o telefone não funcionava porque a área lateral da caixa de metal era maior.
e) madeira, e o telefone não funcionava porque a espessura desta caixa era maior que a espessura da caixa de metal.

Resolução:

O material da caixa, cujo telefone celular não recebeu as ligações deve ser de metal.
A caixa metálica produz o fenômeno da blindagem eletrostática. No interior da caixa o campo elétrico é nulo.

Resposta: b

Questão 52:

Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado.

Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental?

a) Termelétrica, país é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração.
b) Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia.
c) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população.
d) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local.
e) hidrelétrica, pois o rio que corta o município é suficiente para abastecer a usina construída.

Resolução:

A geração de energia elétrica mais indicada é por meio de células fotovoltáicas, pois na região citada é alta a incidência solar durante o ano todo.

Resposta: d

Questão 53:

Os motores elétricos são dispositivos com diversas aplicações, dentre elas, destacam-se aquelas que proporcionam conforto e praticidade para as pessoas. É inegável a preferência pelo uso de elevadores quando o objetivo é o transporte de pessoas pelos andares de prédios elevados. Nesse caso, um dimensionamento preciso da potência dos motores utilizados nos elevadores é muito importante e deve levar em consideração fatores como economia de energia e segurança.
Considere que um elevador de 800 kg, quando lotado com oito pessoas ou 600 kg, precisa ser projetado. Para tanto, alguns parâmetros deverão ser dimensionados. O motor será ligado à rede elétrica que fornece 220 volts de tensão. O elevador deve subir 10 andares, em torno de 30 metros, a uma velocidade constante de 4 metros por segundo. Para fazer uma estimativa simples da potência necessária e da corrente que deve ser fornecida ao motor do elevador para ele operar com lotação máxima, considere que a tensão seja contínua, que a aceleração da gravidade vale 10 m/s2 e que o atrito pode ser desprezado. Nesse caso, para um elevador lotado, a potência média de saída do motor do elevador e a corrente elétrica máxima que passa no motor serão respectivamente de

a) 24 kW e 109 A.
b) 32 kW e 145 A.
c) 56 kW e 255 A.
d) 180 kW e 818 A.
e) 240 kW e 1090 A. 

Resolução:

Potência útil do motor:

Pot = mgh/Δt => Pot = mgv => Pot = (800+600).10.4 (W) =>
Pot = 56.10³ W = 56 MW

Intensidade da corrente elétrica:

Pot = U.i => 56000 = 220.i => i ≅ 255 A

Resposta: c

Questão 54:

Além de ser capaz de gerar eletricidade, a energia solar é usada para muitas outras finalidades. A figura a seguir mostra o uso da energia solar para dessalinizar a água. Nela, um tanque contendo água salgada é coberto por um plástico transparente e tem a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra, sob a qual se coloca um recipiente (copo). A água evaporada se condensa no plástico e escorre até o ponto mais baixo, caindo dentro do copo.

Nesse processo, a energia solar cedida à água salgada

a) fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a, assim, altamente energizada.
b) fica armazenada na forma de energia potencial gravitacional contida na água doce.
c) é usada para provocar a reação química que transforma a água salgada em água doce.
d) é cedida ao ambiente externo através do plástico, onde ocorre a condensação do vapor.
e) é reemitida como calor para fora do tanque, no processo de evaporação da água salgada.

Resolução:

A energia solar vaporiza a água salgada. A água vaporizada se condensa no plástico e cede calor para o ambiente externo.

Resposta: d

Questão 55:

A eficiência de um processo de conversão de energia. definida como sendo a razão entre a quantidade de energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que entra no processo, é sempre menor que 100% devido a limitações impostas por leis físicas. A tabela a seguir, mostra a eficiência global de vários processos de conversão.

Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na tabela, que mais se beneficiariam de investimentos em pesquisa para terem suas eficiências aumentadas, seriam aqueles que envolvem as  transformações de energia

a) mecânica - energia elétrica.
b) nuclear - energia elétrica.
c) química - energia elétrica.
d) química - energia térmica.
e) radiante - energia elétrica.

Resolução:

A transformação da energia radiante que vem do Sol em energia elétrica que ocorre nas células solares tem rendimento muito baixo (5% a 28%) e se a sua eficiência fosse aumentada teríamos uma fonte de energia imensa com custo muito barato.

Resposta: e

Questão 56:

Considere a ação de se ligar uma bomba hidráulica elétrica para captar água de um poço e armazená-la em uma caixa d’água localizada alguns metros acima do solo.
As etapas seguidas pela energia entre a usina hidroelétrica e a residência do usuário podem ser divididas da seguinte forma:

I - na usina: água flui da represa até a turbina, que aciona o gerador para produzir energia elétrica;

II - na transmissão: no caminho entre a usina e a residência do usuário a energia elétrica flui por condutores elétricos;

III - na residência: a energia elétrica aciona um motor cujo eixo está acoplado ao de uma da bomba hidráulica e, ao girar, cumpre a tarefa de transferir água do poço para a caixa.

As etapas I, II e III acima mostram, de forma resumida e simplificada, a cadeia de transformações de energia que se processam desde a fonte de energia primária até o seu uso final. A opção que detalha o que ocorre em cada etapa é:

a) Na etapa I, energia potencial gravitacional da água armazenada na represa transforma-se em energia potencial da água em movimento na tubulação, a qual, lançada na turbina, causa a rotação do eixo do gerador elétrico e a correspondente energia cinética, dá lugar ao surgimento de corrente elétrica.

b) Na etapa I, parte do calor gerado na usina se transforma em energia potencial na tubulação, no eixo da turbina e dentro do gerador; e também por efeito Joule no circuito interno do gerador.

c) Na etapa II, elétrons movem-se nos condutores que formam o circuito entre o gerador e a residência; nessa etapa, parte da energia elétrica transforma-se em energia térmica por efeito Joule nos condutores e parte se transforma em energia potencial gravitacional.

d) Na etapa III, a corrente elétrica é convertida em energia térmica, necessária ao acionamento do eixo da bomba hidráulica, que faz a conversão em energia cinética ao fazer a água fluir do poço até a caixa, com ganho de energia potencial gravitacional pela água.

e) Na etapa III, parte da energia se transforma em calor devido a forças dissipativas (atrito) na tubulação; e também por efeito Joule no circuito interno do motor; outra parte é transformada em energia cinética da água na tubulação e potencial gravitacional da água na caixa d’água.

Resolução:

Na etapa I a energia potencial gravitacional da água é transformada em energia cinética que é transmitida à turbina do gerador e é transformada em energia elétrica pelo processo de indução eletromagnética.

Na etapa II parte da  energia elétrica que flui pelos condutores elétricos é transformada em energia térmica pelo efeito Joule.

Na etapa III parte da energia se transforma em energia térmica devido às  forças dissipativas na tubulação; e também por efeito Joule no circuito interno do motor; outra parte é transformada em energia cinética da água na tubulação e potencial gravitacional da água na caixa d’água.

Resposta: e

Questão 57:

Uma estudante que ingressou na universidade e, pela primeira vez, está morando longe da sua família, recebe asua primeira conta de luz:

Se essa estudante comprar um secador de cabelos que consome 1000 W de potência e considerando que ela e suas 3 amigas utilizem esse aparelho por 15 minutos cada uma durante 20 dias no mês, o acréscimo em reais na sua conta mensal será de

a) R$ 10,00 
b) R$ 12,50
c) R$ 13,00
d) R$ 13,50
e) R$ 14,00

Resolução:

Da conta de luz verificamos que o consumo mensal foi de 260 kWh a um custo de R$130,00, sem levar em conta o ICMS.
Isto significa que o custo de 1 kWh será de R$ 0,50, sem considerar o ICMS.
Se a estudante comprou um secador de cabelos de potência 1000 W e considerando que ela e suas 3 amigas utilizem esse aparelho por 15 minutos cada uma durante 20 dias no mês, o acréscimo de consumo de energia será de:

E_el = Pot.Δt => E_el = 1kWh.(1/3)h.3.20 => E_el = 20 kWh

Se 1 kWh custa R$ 0,50, 20 kWh custarão R$10,00

Sendo de 25% a alíquota do ICMS, teremos: 25%XR$10,00 = R$2,50

O acréscimo total na conta será de

R$10,00 +R$2,50 = R$ 12,50

Resposta: b

Questão 58:

Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível, e a área da seção transversal dos condutores utilizados.

Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 ampères. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor ao ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor.

Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4 400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores, é mais próxima de:

a) 0,3
b) 0,6
c) 0,8
d) 1,7
e) 3,0

Resolução:

A potência elétrica dissipada por um resistor de resistência R e submetido a uma tensão U é dada por: Pot = U²/R

Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência, sob tensões U_A = 127 V e U_B = 220 V e sendo R_A e R_B, suas resistências elétricas, temos:

U_A²/R_A = U_B²/R_B => R_A/R_B = (U_A/U_B)² => R_A/R_B = (127/220)² =>
R_A/R_B = (0,58)² => R_A/R_B ≅ 0,3

Resposta: a

Questão 59:

A eficiência das lâmpadas pode ser comparada utilizando a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz produzida e o consumo. A quantidade de luz é medida pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm). O consumo está relacionado à potência elétrica da lâmpada que é medida em watt (W). Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 40 W emite cerca de 600 lm, enquanto uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3000 lm.Disponível em http://tecnologia.terra.com.br.
Acesso em: 29 fev. de 2012 (adaptado).

A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é

a) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz menor quantidade de luz.
b) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que produz menor quantidade de luz.
c) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W, que produz a mesma quantidade de luz.
d) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, pois consome maior quantidade de energia.
e) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que consome a mesma quantidade de energia.

Resolução:

Por definição, a eficiência ε é a razão entre a quantidade de luz produzida Q e a energia elétrica consumida E.
 
ε = Q/E

A energia elétrica consumida é o produto da potência da lâmpada pelo tempo de utilização Δt, que vai ser suposto o mesmo para a comparação das eficiências.

ε = Q/Pot.Δt

Para a lâmpada incandescente de 40W, temos:

ε₁ = 600lm/40.Δt

a) Falsa.
Lâmpada fluorescente de 8W:
 
ε₂ = (1/5).3000lm/8.Δt = 600lm/8.Δt
Portanto: ε₁ < ε₂

b) Falsa.
Lâmpada fluorescente de 40W:
ε₃ = 3000lm/40.Δt.
Portanto: ε₁ < ε₃

c) Verdadeira.
Lâmpada de 8W:
ε₂ = 600lm/8.Δt.
Portanto: ε₁ < ε₂

d) Falsa.
ε₃ = 3000lm/40.Δt
ε₁ < ε₃, porém a quantidade de energia consumida é a mesma para as duas lâmpadas, pois suas potências são iguais.

e) Falsa.
ε₃ = 3000lm/40.Δt
ε₁ < ε₃, embora consumam a mesma quantidade de energia elétrica.

Resposta: c