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ENERGIA [Comentadas] [13]
ENERGIA [Comentadas] [13]

 

ENERGIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

Professor David

 

QUESTÕES RESOLVIDAS

Exemplo -1:

(Enem) Uma das modalidades presentes nas olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta são representadas na figura:

 

Representação das etapas de um salto com vara realizado por um atleta

Representação das etapas de um salto com vara realizado por um atleta

 

Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia seja conservado, é necessário que

A) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica representada na etapa IV.

B) a energia cinética, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV.

C) a energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III.

D) a energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV.

E) a energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III.

 

Resolução

A questão envolve a transformação de energia cinética em energia potencial. Observando as figuras, façamos uma análise de cada parte:

Etapa I: a energia cinética é máxima, pois o atleta está em movimento e não possui nenhuma outra forma de energia mecânica.

Etapa II: o atleta já se elevou a uma determinada altura, então, parte de sua energia cinética já foi transformada em energia potencial gravitacional. Nesse ponto, ele possui as duas formas de energia.

Etapa III: o atleta atinge sua altura máxima, portanto, esse é o ponto de maior energia potencial gravitacional. É nessa etapa também que ele não possui nenhuma energia cinética, já que ele cessa seu movimento por um pequeno intervalo de tempo para depois cair. Isso significa que toda energia cinética foi convertida em energia potencial gravitacional.

Etapa IV:  o atleta está em repouso e no chão, sendo assim, ele não possui nenhum tipo de energia mecânica.

Alternativa: C

 

Exemplo - 2: 

(IFSC) O bate-estacas é um dispositivo muito utilizado na fase inicial de uma construção. Ele é responsável pela colocação das estacas, na maioria das vezes de concreto, que fazem parte da fundação de um prédio, por exemplo. O funcionamento dele é relativamente simples: um motor suspende, através de um cabo de aço, um enorme peso (martelo), que é abandonado de uma altura, por exemplo, de 10m, e que acaba atingindo a estaca de concreto que se encontra logo abaixo. O processo de suspensão e abandono do peso sobre a estaca continua até a estaca estar na posição desejada.

É CORRETO afirmar que o funcionamento do bate-estacas é baseado no princípio de:

A) transformação da energia mecânica do martelo em energia térmica da estaca.

B) conservação da quantidade de movimento do martelo.

C) transformação da energia potencial gravitacional em trabalho para empurrar a estaca.

D) colisões do tipo elástico entre o martelo e a estaca.

E) transformação da energia elétrica do motor em energia potencial elástica do martelo.

 

Resolução:

Durante a queda, a energia potencial gravitacional acumulada no martelo é transformada em energia cinética. Ao tocar a estaca, o martelo aplica sobre ela uma força que, por sua vez, realiza trabalho, empurrando a estaca.

Alternativa: C

 

Exemplo - 3:

(ENEM) Os carrinhos de brinquedo podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. 

 

O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em 

A) um dínamo. 

B) um freio de automóvel. 

C) um motor a combustão. 

D) uma usina hidroelétrica. 

E) uma atiradeira (estilingue). 

 

Resolução

A energia armazenada nas molas é a potencial elástica. Essa forma de energia transforma-se em energia cinética quando a mola deixa de ser pressionada pelo objeto. Entre as alternativas do exercício, esse tipo de transformação de energia mecânica ocorre em uma atiradeira: um objeto é apoiado em um elástico que, ao deixar de ser pressionado, entra em movimento, transformando a energia armazenada em energia cinética. 

Alternativa: E

 

Exemplo - 4:

(ENEM) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

 

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:

A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

 

Resolução:

A questão trata do princípio básico da energia, de que energia se transforma. Vamos analisar cada item.

A) Errada. Se a liberação de calor, energia, fosse impossível dentro do motor, o motor não iria funcionar. É exatamente o calor que faz com que os pistões se movimentem.

B) Errada. Se fosse incontrolável, você não conseguiria controlar seu carro, ele iria ganhar ou perder potência a hora que quisesse.

C) Certa. É impossível a transformação total da energia em trabalho, sempre haverá perdas. Nesse caso pode ser no atrito do pistão ao descer e subir, pode ser para o próprio ambiente. Sempre haverá perdas.

D) Errada. Se fosse impossível o carro não andava. Energia cinética é a energia de movimento.

E) Errada. Pelo mesmo motivo da alternativa B.

Alternativa: C

 

Exemplo - 5:

(ENEM-2005) Assim que o menino lança a flecha, há transformação de um tipo de energia em outra. A transformação, nesse caso, é de energia:

 

A) potencial elástica em energia gravitacional.

B) gravitacional em energia potencial.

C) potencial elástica em energia cinética.

D) cinética em energia potencial elástica.

E) gravitacional em energia cinética.

 

Resolução:

No instante em que a flecha é lançada, toda energia potencial elástica armazenada na corda do arco e consequentemente na flecha, se transforma em energia de movimento (energia cinética) da flecha.

Alternativa: C

 

Exemplo - 6:

(ENEM)

A luz solar que atinge a parte superior da atmosfera terrestre chega a uma taxa constante de 135,2 mW/cm². Dessa radiação, apenas 50% conseguem chegar à superfície, pois parte dela é refletida pelas nuvens e absorvida pela atmosfera. A radiação solar pode ser aproveitada para aquecer água de reservatórios, entre outras aplicações. Um sistema básico para transformar energia solar em térmica é ilustrado na figura ao lado acima. Esse sistema é constituído de coletores solares e de um reservatório térmico, chamado boiler.

Os coletores solares, geralmente, são feitos de materiais que absorvem bem a radiação solar, e o calor gerado nos coletores é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre. A água aquecida é armazenada no boiler. Dessa forma, a água é mantida quente para consumo posterior. A caixa de água fria alimenta o boiler, mantendo-o sempre cheio.

Disponível em: www.icb.ufmg.br. Acesso em: 22 jun. 2008 (adaptado).

 

É correto afirmar que os coletores solares permitem boa economia de energia, pois

A) se aplicam à produção tanto de energia térmica quanto elétrica.
B) constituem fonte energética alternativa aos combustíveis fósseis usados no transporte.
C) convertem energia radiante em energia térmica, que é usada no processo de aquecimento da água.
D) permitem economizar até 135,2 mWh de energia elétrica, que seriam gastos com aquecimento elétrico.
E) a energia luminosa coletada por eles pode ser usada para reduzir o número de lâmpadas usadas no ambiente.

 

Resolução:
A alternativa C descreve de maneira concreta o objetivo dos coletores solares, que é utilizar a energia solar para aquecer a água. Essa prática representa uma boa economia, pois dispensa o uso de chuveiros elétricos que consomem bastante energia.

Alternativa: C

 

Exemplo - 7:

(ENEM) A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 ºC. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radiativos dentro do planeta.

Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 ºC sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização.

Roger A. Hinrichs e Merlin Kleinbach. Energia e meio ambiente. Ed. ABDR (com adaptações).

Depreende-se das informações acima que as usinas geotérmicas

A) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas.
B) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica.
C) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização.
D) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica.
E) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica.

 

Resolução:
As usinas geotérmicas e nucleares são exemplos de usinas termelétricas, que fazem uso do calor, para produzir vapor de água em alta pressão que movimenta a turbina.
A diferença entre elas está na maneira como esse calor é obtido, ou seja, na fonte primária. No caso da geotérmica, ele vem do núcleo da Terra e nas usinas nucleares vem das reações de fissão nuclear que acontecem com o urânio enriquecido.

Alternativa: D

 

Exemplo - 8:

(ENEM) No nosso dia a dia deparamo-nos com muitas tarefas pequenas e problemas que demandam pouca energia para serem resolvidos e, por isso, não consideramos a eficiência energética de nossas ações. No global, isso significa desperdiçar muito calor que ainda poderia ser usado como fonte de energia para outros processos. Em ambientes industriais, esse reaproveitamento é feito por um processo chamado cogeração. A figura a seguir ilustra um exemplo de cogeração na produção de energia elétrica.

Em relação ao processo secundário de aproveitamento de energia ilustrado na figura, a perda global de energia é reduzido por meio da transformação de energia

A) térmica em mecânica.
B) mecânica em térmica.
C) química em térmica.
D) química em mecânica.
E) elétrica em luminosa.

 

Resolução:

No processo secundário temos uma turbina que funciona a partir do vapor que é produzido com a energia recuperada do processo primário.
Então temos energia térmica na produção do vapor se transformando em energia mecânica no movimento da turbina.

Alternativa: A

 

Exemplo - 9:

(Enem) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira.

Ilustração dos componentes necessários para o funcionamento da geladeira

Disponível em: http://home.howstuffworks.com.

Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).
 

Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,

A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira.

B) o calor flui de forma não espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira.

C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira.

D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno.

E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia.

 

Resolução

Quando colocamos em contato dois corpos com temperaturas diferentes, a tendência é de que o calor transfira-se naturalmente do corpo mais quente para o corpo mais frio. Porém, para que uma geladeira funcione, deve ocorrer o processo contrário: o calor deve fluir de seu interior para seu exterior, ou seja, fluir de um local frio para um local quente. Esse processo não ocorre de forma espontânea. Na geladeira, essa é a função do compressor.

Alternativa: B

 

Exemplo - 10:

(ENEM 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 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 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 na caixa d’água.

 

Resolução:

As perdas de energia ocorrem durante todos os processos através do atrito e do efeito Joule, que é a transformação de energia elétrica em calor, devido a resistência do fio. A energia elétrica que não é perdida aciona a bomba que a transforma em energia cinética, movimentando a água para cima, onde passa a ter energia na forma de potencial gravitacional.

Alternativa: E

 

Exemplo - 11: 

(ENEM) A usina termelétrica a carvão é um dos tipos de unidades geradoras de energia elétrica no Brasil. Essas usinas transformam a energia contida no combustível (carvão mineral) em energia elétrica.

Em que sequência ocorrem os processos para realizar essa transformação?

A) A usina transforma diretamente toda a energia química contida no carvão em energia elétrica, usando reações de fissão em uma célula combustível.
B) A usina queima o carvão, produzindo energia térmica, que é transformada em energia elétrica por dispositivos denominados transformadores.
C) A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para transformar água em vapor. A energia contida no vapor é transformada em energia mecânica na turbina e, então, transformada em energia elétrica no gerador.
D) A queima do carvão produz energia térmica, que é transformada em energia potencial na torre da usina. Essa energia é então transformada em energia elétrica nas células eletrolíticas.
E) A queima do carvão produz energia térmica, que é usada para aquecer água, transformando-se novamente em energia química, quando a água é decomposta em hidrogênio e oxigênio, gerando energia elétrica.

 

Resolução:

Estamos falando de uma usina termelétrica, que utiliza como fonte primária o carvão. A queima do carvão representa a obtenção de energia potencial química, que é transformada em energia térmica, utilizada para transformar água em vapor, a alta pressão. Esse vapor de água é direcionado para as pás da turbina, fazendo acionar o gerador, que transforma essa energia cinética em energia elétrica.

Alternativa: C

 

Exemplo - 12: 

(FGV/2006) “As usinas de energia solar responderão por 2,5% das necessidades globais de eletricidade até 2025 e 16% em 2040, diz o relatório da associação europeia do setor e do Greenpeace. Hoje, elas representam 0,05% da matriz energética. A taxa de expansão anual do setor tem sido de 35%.”

Jornal O Estado de S. Paulo, 07/09/2006

Assinale a alternativa que melhor explique esse enunciado:

A) Essa tendência de expansão explica-se pelo fato de o Sol representar fonte inesgotável de energia, cuja transformação em eletricidade exige um processo simples e de baixo custo, se comparado com a hidreletricidade.

B) A transformação de energia solar (de radiação) em elétrica difundiu-se muito no Brasil para uso doméstico, especialmente após a crise do apagão, em 2001.

C) O desenvolvimento da geração de energia elétrica a partir da solar ainda é incipiente no Brasil, pois envolve um processo caro e complexo se comparado à hidreletricidade, relativamente barata e abundante.

D) A tropicalidade do Brasil permite vislumbrar, a médio prazo, um quadro de substituição da energia hidrelétrica por energia solar, sobretudo nas áreas metropolitanas costeiras.

E) A expansão do uso de energia solar apontado pelo enunciado favorece, especialmente, os países subdesenvolvidos que ocupam, em sua maioria, as faixas intertropicais do planeta.

 

Resolução:

A) Falso – a produção de energia elétrica a partir da radiação solar não apresenta, ao menos por enquanto, um baixo custo em sua produção.

B) Falso – mesmo com o apagão de 2001, o Brasil não apresentou significativos avanços na geração de energia solar.

C) Verdadeiro– O Brasil ainda não encontrou razões econômicas para investir em energia solar, haja vista que o país possui um elevado potencial hidrelétrico, que demanda menores gastos.

D) Falso – O Brasil, mesmo que avance na produção de energia pela radiação solar, não apresenta perspectivas de substituir a hidroletricidade. Além disso, a instalação de usinas solares dar-se-ia de forma mais expressiva no interior do Nordeste, e não nas zonas costeiras do país.

E) Falso – Apesar de boa parte de os países subdesenvolvidos apresentarem condições climáticas para o aproveitamento da energia solar, esta deverá ser implementada primeiramente pelos países desenvolvidos, uma vez que eles possuem melhores condições econômicas para tal. 

Alternativa: C

 

Exemplo - 13:

(Enem) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:

A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.

B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.

C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.

D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.

E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

 

Resolução:

O calor cedido para a fonte quente em uma máquina térmica é transferido em parte para a realização de trabalho, sendo o restante fornecido para a fonte fria. Pelo Teorema da Conservação da Energia, em um modelo real e não ideal, é impossível a conversão total do calor da fonte quente em trabalho, parcela da energia é dissipada em forma sonora, atrito, etc.

Alternativa: C

 

Exemplo - 14: