Ano 2009#ciencias-natureza

Sobre o tema

A comparação entre a eficiência energética da combustão direta de combustíveis fósseis e a geração elétrica para aquecimento é um tema central na termodinâmica e na engenharia. A questão aborda o consumo de gasolina para aquecer água, seja pela queima direta ou por um gerador que alimenta um resistor. O calor específico da água (4,19 J/g°C) é usado para calcular a energia necessária para elevar a temperatura de 200 litros de água de 20°C a 55°C. A análise envolve o cálculo da energia elétrica consumida pelo resistor (P = V²/R) e a comparação com a energia liberada pela combustão de 1 litro de gasolina. O resultado mostra que o processo indireto (gerador + resistor) consome muito mais combustível devido às perdas de conversão, ilustrando o conceito de eficiência energética.

Tópicos relacionados

  • Eficiência energética de combustíveis
  • Calor específico e capacidade térmica
  • Potência elétrica e efeito Joule
  • Conversão de energia térmica em elétrica
  • Consumo comparativo de combustíveis

Enunciado

É possível, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20 °C a 55 °C. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 Ω, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água.

Considerando que o calor específico da água é igual a 4,19 J g-1 °C-1, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão?

Alternativas

  • A)

    A quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos.

  • B)

    A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão.

  • C)

    A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão.

  • D)

    A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão.

  • E)

    A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão.

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Perguntas frequentes

O que é calor específico e como ele é usado em cálculos de aquecimento?

Calor específico é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 grama de uma substância em 1°C. Para calcular a energia total para aquecer uma massa m de ΔT, usa-se Q = m c ΔT.

Como calcular a potência dissipada por um resistor?

A potência dissipada por um resistor é dada por P = V² / R, onde V é a tensão aplicada e R a resistência. Essa potência é convertida em calor (efeito Joule).

Por que a eficiência da geração elétrica a partir de combustíveis fósseis é baixa?

Devido às perdas termodinâmicas (segunda lei) e perdas nos geradores, a eficiência típica de usinas termelétricas é de cerca de 30-40%. O restante da energia é perdido como calor residual.

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