Em um estudo sobre a geração de eletricidade em um reator nuclear, considera-se que o reator fornece potência…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um estudo sobre a geração de eletricidade em um reator nuclear, considera-se que o reator fornece potência térmica média de 1,0 GW durante um dia inteiro. Para estimar o consumo de combustível, o relatório informa que cada fissão de um núcleo de urânio-235 libera aproximadamente 200 MeV. Considere 1 dia = 86 400 s, 1 GW = 1,0 × 10^9 W, 1 MeV = 1,0 × 10^6 eV e 1 eV = 1,602 × 10^-19 J. Com base nessas informações, qual é aproximadamente o número de fissões necessárias para fornecer a energia térmica produzida pelo reator durante esse período?
- A) O número de fissões necessárias é aproximadamente 2,7 × 10^30.
- B) O número de fissões necessárias é aproximadamente 1,35 × 10^24.
- C) O número de fissões necessárias é aproximadamente 2,7 × 10^24.
- D) O número de fissões necessárias é aproximadamente 8,64 × 10^13.
- E) O número de fissões necessárias é aproximadamente 5,4 × 10^32.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Calcule a energia total liberada pelo reator em um dia. E = P × t = 1,0 × 10^9 W × 86 400 s = 8,64 × 10^13 J. Passo 2: Converta a energia por fissão para joules. 200 MeV = 200 × 10^6 eV = 2,0 × 10^8 eV. Como 1 eV = 1,602 × 10^-19 J, temos 2,0 × 10^8 × 1,602 × 10^-19 = 3,204 × 10^-11 J por fissão. Passo 3: Divida a energia total pela energia de cada fissão. N = 8,64 × 10^13 / 3,204 × 10^-11 ≈ 2,7 × 10^24 fissões. Passo 4: Conferência das alternativas erradas. A alternativa A (2,7 × 10^30) erra por não converter MeV em eV, o que deixa a energia por fissão 10^6 vezes menor. A alternativa B (1,35 × 10^24) é metade do valor correto, o que corresponde a usar apenas 12 horas ou dobrar a energia por fissão. A alternativa D (8,64 × 10^13) é a própria energia total em joules, sem dividir pela energia de uma fissão. A alternativa E (5,4 × 10^32) resulta de dividir a energia total pelo fator 1,602 × 10^-19 sem dividir pela energia por fissão. Passo 5: Portanto, o gabarito C está correto, pois o resultado da resolução independente coincide com ele.
💡 Dica: Converta a potência térmica em energia e divida pela energia liberada por fissão.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente multiplicou 200 por 1,602 × 10^-19 J diretamente, esquecendo o fator 10^6 da conversão de MeV para eV. Assim, a energia por fissão fica 10^6 vezes menor e o número de fissões fica 10^6 vezes maior.
O aluno provavelmente considerou apenas metade do tempo (12 horas em vez de 24) ou atribuiu o dobro da energia por fissão. Em ambos os casos, o resultado sai pela metade do valor correto.
A energia total fornecida pelo reator é E = PΔt = (1,0 × 10^9)(86 400) = 8,64 × 10^13 J. A energia liberada por uma fissão é 200 MeV = 200 × 10^6 × 1,602 × 10^-19 J = 3,204 × 10^-11 J. Portanto, N = E/Efissão = (8,64 × 10^13)/(3,204 × 10^-11) ≈ 2,7 × 10^24 fissões.
O aluno interpretou a pergunta como se pedisse a energia total e não o número de fissões. Ele parou no cálculo de P × t sem dividir pela energia liberada por fissão.
O aluno converteu a energia total de joules para elétron-volts (dividindo por 1,602 × 10^-19) e tomou esse valor como número de fissões. Ele não percebeu que precisava dividir pela energia de cada fissão, em eV, que é 200 × 10^6.
Raio-X da questão
fissão nuclear
avaliacao
conversao de unidades de energia · calculo de energia total
Revisar a relação entre energia, potência e fissão nuclear.
Confundir a energia liberada por fissão, utilizando um valor incorreto, como 100 MeV em vez de 200 MeV.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Em uma usina nuclear, a fissão do urânio-235 libera cerca de 200 MeV por núcleo. Se ocorrerem 10^14 fissões, qual a…
- Um reator experimental fornece potência térmica P = 3,00×10^8 W. Cada fissão de U-235 libera E_f = 200 MeV = 3,20×10^-11…
- Em um estudo sobre a matriz elétrica brasileira, uma usina nuclear é analisada considerando apenas a energia produzida…
- Um reator nuclear utiliza fissão de urânio-235. Se um núcleo de urânio-235 absorve um nêutron, ele se divide em dois…
- Em uma atividade de divulgação científica sobre a produção de energia em usinas nucleares, os estudantes analisam uma…
- A fissão de um núcleo de 235U libera aproximadamente 200 MeV. Converta essa energia para joules (J). Use 1 eV =…
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog