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Em uma demonstração sobre aproveitamento de energia solar, um aquecedor recebeu 12 kJ de energia e transferiu…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT102

Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Em uma demonstração sobre aproveitamento de energia solar, um aquecedor recebeu 12 kJ de energia e transferiu essa energia para 0,40 kg de água. A temperatura da água aumentou de 25 °C para 30 °C. Considere o calor específico da água igual a 4,2 kJ/(kg °C) e despreze outras formas de armazenamento de energia no sistema. Qual foi o rendimento térmico do aquecedor nessa demonstração?

A) O rendimento térmico foi de 70%.
B) O rendimento térmico foi de 84%.
C) O rendimento térmico foi de 50%.
D) O rendimento térmico foi de 143%.
E) O rendimento térmico foi de 35%.

✅ Resposta correta: alternativa A

Resolução passo a passo

Identifique a energia que realmente foi absorvida pela água. Ela é dada por Q = m x c x ΔT, com m = 0,40 kg, c = 4,2 kJ/(kg °C) e ΔT = 30 - 25 = 5 °C. Assim, Q = 0,40 x 4,2 x 5 = 8,4 kJ.
Identifique a energia fornecida pelo aquecedor, que é 12 kJ.
O rendimento térmico é a razão entre a energia útil (a que foi aproveitada pela água) e a energia total recebida: rendimento = 8,4 / 12 = 0,70, ou seja, 70%.
Logo, a alternativa A está correta e coincide com o gabarito oficial.
Por que as outras estão erradas. B (84%) não corresponde ao cálculo correto, pois só seria obtida se a energia útil fosse 10,08 kJ ou a energia total 10 kJ. C (50%) exigiria que apenas 6 kJ fossem aproveitados, valor que não aparece nos dados. D (143%) é impossível, pois um rendimento acima de 100% violaria a conservação de energia; ele surge da inversão da razão 12/8,4. E (35%) resulta de usar a massa de 0,20 kg em vez de 0,40 kg, o que daria 4,2 kJ de energia útil.

💡 Dica: calcule Qabsorvido, depois rendimento = Qabsorvido/Qcedido

Alternativa por alternativa

A Correta

A água absorveu Q = 0,40 x 4,2 x 5 = 8,4 kJ. Dividindo essa energia pela energia recebida pelo aquecedor, obtemos 8,4/12 = 0,70, ou 70%.

B Erradaerro: Atençãoa que mais engana

O aluno provavelmente calculou a energia útil ou a energia fornecida com um valor incorreto, como tomar 10 kJ no lugar de 12 kJ ou usar uma variação de temperatura diferente da real.

Por que engana: usar calor cedido como energia útil sem considerar absorvida

C Erradaerro: Senso comum

O aluno supôs que metade da energia recebida foi aproveitada (6 kJ em 12 kJ), sem calcular a energia absorvida pela água a partir de m, c e ΔT.

D Erradaerro: Procedimental

O aluno inverteu a razão, dividindo a energia fornecida pela energia absorvida (12 / 8,4 = 1,43), e não percebeu que um rendimento acima de 100% é fisicamente impossível.

E Erradaerro: Atenção

O aluno usou a massa de 0,20 kg em vez de 0,40 kg, obtendo 4,2 kJ como energia útil e, portanto, 35% de rendimento.

Raio-X da questão

Dificuldade Média

Bloom aplicar

Leitura médio

Discriminação Médio

Peso pedagógico médio

Autonomia do enunciado alta

Cobertura da habilidade EM13CNT102

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ pedido direto de cál🧩 verificar domínio de

🎯 Conceito central

rendimento térmico

📌 Objetivo

calcular rendimento

🧱 Pré-requisitos

noções de energia térmica · unidades de energia e temperatura

📚 Reveja

calor específico e calor sensível

⚠️ Erro mais comum

usar calor cedido como energia útil sem considerar absorvida

🏫 Contexto

situação simples de

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