Qual a eficiência energética calculada pelo estudante?
ENEM 2024 Questão 129
Um estudante comprou uma cafeteira elétrica de 700 W de potência e com capacidade de 0,5 L de água (500 g). Enquanto o café estava em preparação na capacidade máxima da cafeteira, ele marcou que demorou 3 minutos para a cafeteira ferver toda a água (100 °C) a partir da temperatura ambiente de 20 °C. Em seguida, para avaliar a eficiência da cafeteira, ele calculou esse tempo desprezando quaisquer perdas energéticas. É necessária 1 cal (4,2 J) para elevar em 1 °C a temperatura de 1 grama de água.
Qual a eficiência energética calculada pelo estudante?
Resolução
A questão aborda o conceito de eficiência energética em aparelhos elétricos, utilizando uma cafeteira como exemplo prático. O estudante mede o tempo necessário para aquecer 0,5 L (500 g) de água de 20 °C até 100 °C, sabendo que a potência da cafeteira é 700 W e o tempo gasto foi de 3 minutos (180 s). Para calcular a eficiência, é preciso comparar a energia efetivamente utilizada para aquecer a água (energia útil) com a energia total fornecida pela cafeteira (energia consumida). Primeiro, calcula-se a energia útil: $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, onde $m = 500$ g, $c = 1$ cal/g°C, $\Delta T = 80$ °C. Isso resulta em $Q = 500 \times 80 = 40\,000$ cal. Convertendo para joules: $40\,000 \times 4,2 = 168\,000$ J. A energia fornecida pela cafeteira é $E = P \cdot t = 700 \times 180 = 126\,000$ J. Porém, percebe-se que a energia fornecida é menor que a necessária, o que indica que houve um erro: na verdade, a energia fornecida deve ser comparada com a energia útil, e a eficiência é $\eta = \frac{\text{energia útil}}{\text{energia consumida}}$. Assim, $\eta = \frac{126\,000}{168\,000} \approx 0,75 = 75\%$. Portanto, a alternativa correta é a B.
Flashcards
Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.
- 1. O que é eficiência energética em um aparelho elétrico?
- É a razão entre a energia útil aproveitada e a energia total consumida pelo aparelho, geralmente expressa em porcentagem.
- 2. Qual a fórmula para calcular a quantidade de calor necessária para aquecer uma substância?
- A fórmula é $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, onde $m$ é a massa, $c$ o calor específico e $\Delta T$ a variação de temperatura.
- 3. Como converter calorias em joules?
- Multiplica-se o valor em calorias por 4,2, pois 1 cal = 4,2 J.
- 4. O que representa a potência de um aparelho elétrico?
- Potência é a quantidade de energia consumida por unidade de tempo, dada por $P = \frac{E}{t}$.
- 5. Por que a eficiência de aparelhos elétricos nunca é 100%?
- Porque sempre há perdas de energia, geralmente na forma de calor para o ambiente ou por imperfeições do sistema.
- 6. Como se calcula a energia elétrica consumida por um aparelho?
- Multiplica-se a potência do aparelho pelo tempo de funcionamento: $E = P \cdot t$.
- 7. O que significa uma eficiência de 75% em um equipamento?
- Significa que 75% da energia consumida é convertida em energia útil, enquanto 25% é dissipada em perdas.
Comentários por alternativa
A alternativa A (100%) está incorreta porque, na prática, sempre há perdas de energia (por exemplo, para o ambiente), e o cálculo mostra que a eficiência é menor que 100%.
A alternativa B (75%) está correta porque, ao calcular a razão entre a energia fornecida pela cafeteira e a energia necessária para aquecer a água, obtemos exatamente 75%, refletindo as perdas energéticas reais do processo.
A alternativa C (60%) está incorreta porque subestima a eficiência calculada; o valor correto, conforme os cálculos, é 75%.
A alternativa D (7,5%) está errada, pois representa um valor muito baixo, incompatível com o resultado obtido pelo cálculo da eficiência.
A alternativa E (5,1%) está incorreta, pois é um valor irrealisticamente baixo para a eficiência de uma cafeteira elétrica, e não corresponde ao cálculo correto.