Biologia1ª sérieBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

Um patinete elétrico tem bateria E_bat = 1,2 kWh. Um conjunto portátil de painéis solares tem área total A =…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

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

Um patinete elétrico tem bateria E_bat = 1,2 kWh. Um conjunto portátil de painéis solares tem área total A = 2,5 m² e eficiência ? = 18% (? = 0,18). A irradiância média é G = 600 W/m² durante 6 h. Considere perdas no sistema L = 0,85 (fator multiplicativo). Calcule a energia elétrica total gerada em kWh e discuta se é suficiente para carregar a bateria; proponha duas melhorias técnicas para aumentar a energia útil. Use P = G·A·? e E = P·tempo. (1 kWh = 3,6×106 J).

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculo da potência instantânea: P = G·A·? = 600 W/m²·2,5 m²·0,18 = 600·0,45 = 270 W. Energia gerada em 6 h: E_ger = P·t = 270 W·6 h = 1620 Wh = 1,62 kWh. Aplicando perdas: E_útil = E_ger·L = 1,62 kWh·0,85 ˜ 1,377 kWh ˜ 1,38 kWh. Comparação: E_útil (˜1,38 kWh) > E_bat (1,2 kWh), logo, em condições ideais descritas a energia gerada é suficiente para carregar a bateria com margem ˜0,18 kWh. Observações e melhorias: (1) Aumentar área dos painéis (A) ou usar painéis com maior eficiência (?) para elevar P = G·A·?; (2) reduzir perdas do sistema (aumentar L) com controlador de carga eficiente e minimizar cabos/convertidores; alternativas: uso de seguidor solar (tracking) para aumentar irradiância média efetiva ou estender tempo de exposição. Em resposta argumente sobre variabilidade real da irradiância e necessidade de armazenamento para dias nublados.

Explicação

O cálculo da potência e da energia gerada considera a eficiência dos painéis solares e as perdas no sistema, resultando em uma comparação clara entre a energia gerada e a capacidade da bateria. As melhorias propostas visam aumentar a eficiência do sistema e reduzir perdas, o que é fundamental para otimizar a geração de energia em condições reais. Além disso, a discussão sobre a variabilidade da irradiância e a necessidade de armazenamento é crucial para garantir a continuidade do fornecimento de energia em diferentes condições climáticas.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Analisar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

energia solar e eficiência

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

cálculo de energia elétrica · eficiência de sistemas

📚 Reveja

Revisar cálculos de energia e eficiência de sistemas solares.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a eficiência do sistema com a irradiância, não considerando corretamente as perdas no cálculo final da energia gerada.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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