Um power bank tem capacidade C = 10 000 mAh com tensão nominal V = 3,7 V. Calcule a energia elétrica…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar os riscos envolvidos em atividades cotidianas, aplicando conhecimentos das Ciências da Natureza, para justificar o uso de equipamentos e recursos, bem como comportamentos de segurança, visando à integridade física, individual e coletiva, e socioambiental, podendo fazer uso de dispositivos e aplicativos digitais que viabilizem a estruturação de simulações de tais riscos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um power bank tem capacidade C = 10 000 mAh com tensão nominal V = 3,7 V. Calcule a energia elétrica armazenada E (em J) e compare com a energia térmica necessária Q_th para aquecer m = 0,050 kg do invólucro plástico de T1 = 20 °C a T2 = 300 °C, usando c = 1,0×10^3 J/(kg·K). Use E ˜ Q_el = C·V (C em A·h) e 1 Wh = 3600 J. Comente sobre risco de ignição em curto-circuito.
- A) E = 370 J; Q_th = 14 J. Energia térmica é maior.
- B) E = 1,5×10^5 J; Q_th = 1,4×10^3 J. Energia armazenada é menor.
- C) E = 3,7 J; Q_th = 1,4×10^5 J. Energia armazenada é menor.
- D) E = 1,33×10^4 J; Q_th = 1,4×10^5 J. Energia térmica é maior.
- E) E ˜ 1,33×10^5 J; Q_th ˜ 1,4×10^4 J. Energia armazenada é maior; curto pode provocar ignição.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Converter a capacidade: C = 10 000 mAh = 10 Ah (divide por 1000).Passo 2: Calcular a energia elétrica armazenada: E = C·V = 10 Ah × 3,7 V = 37 Wh. Como 1 Wh = 3600 J, E = 37 × 3600 = 133 200 J, ou seja, E ≈ 1,33×10^5 J.Passo 3: Calcular a energia térmica necessária: ΔT = T2 − T1 = 300 − 20 = 280 K. Então Q_th = m·c·ΔT = 0,050 × 1,0×10^3 × 280 = 14 000 J = 1,4×10^4 J.Passo 4: Comparar: E (≈1,33×10^5 J) é cerca de dez vezes maior que Q_th (1,4×10^4 J), logo a energia armazenada é maior.Passo 5: Analisar as alternativas erradas: A tem valores de energia incorretos por erro de conversão de unidades; B inverte a comparação e tem Q_th subestimado; C usa apenas a tensão, sem a capacidade, e superestima Q_th; D usa a capacidade como se fosse 1 Ah e a comparação feita está invertida.Passo 6: Risco de ignição: em curto-circuito, a energia armazenada é liberada muito rapidamente como calor em um volume pequeno, podendo superar com folga o aquecimento necessário para fundir ou inflamar o invólucro plástico. Por isso, a energia armazenada, maior que a necessária para aquecer o plástico, justifica o risco de ignição, e o gabarito E está correto.
💡 Dica: Calcule a energia elétrica e a energia térmica separadamente antes de comparar.
Alternativa por alternativa
O aluno errou a conversão de unidades ao calcular a energia elétrica, obtendo 370 J, e esqueceu o fator 10^3 do calor específico ao calcular Q_th, obtendo 14 J.
O aluno calculou mal a energia armazenada e tomou ΔT como 28 K em vez de 280 K, o que reduziu Q_th para 1,4×10^3 J; ainda concluiu que a energia armazenada é menor.
O aluno calculou E como apenas a tensão (3,7 J), esquecendo a capacidade e a conversão de Wh para J, e multiplicou m por 10 ao calcular Q_th, obtendo 1,4×10^5 J.
O aluno tratou 10 000 mAh como 1 Ah (3,7 V × 3600 s = 1,33×10^4 J), errando a conversão de mAh para Ah, e calculou Q_th com o mesmo erro de multiplicação de m por 10; concluiu, por isso, que a energia térmica é maior.
Por que engana: Confundir as unidades de medida e não converter corretamente entre mAh e J.
C = 10 000 mAh = 10,0 A·h ? E = V·C = 3,7 V·10,0 A·h = 37 Wh = 37·3600 J ˜ 1,33×10^5 J. Q_th = m c ?T = 0,05·1,0×10^3·280 ˜ 1,4×10^4 J. E > Q_th.
Raio-X da questão
energia elétrica e térmica
avaliacao
cálculo de energia elétrica · cálculo de energia térmica
Revisar os conceitos de energia elétrica e térmica, além de cálculos de calor.
Confundir as unidades de medida e não converter corretamente entre mAh e J.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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