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Em um protótipo de aquecedor solar, 600 kJ de energia solar são captados durante certo período. Devido a…

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 um protótipo de aquecedor solar, 600 kJ de energia solar são captados durante certo período. Devido a perdas para o ambiente, apenas 75% dessa energia é transferida para a água. Considere o calor específico da água igual a 4,2 kJ/(kg °C). Qual é a massa máxima de água que pode ser aquecida de 20 °C para 70 °C nesse período?

A) A massa de água aquecida será de aproximadamente 2,25 kg.
B) A massa de água aquecida será de aproximadamente 0,71 kg.
C) A massa de água aquecida será de aproximadamente 2,14 kg.
D) A massa de água aquecida será de aproximadamente 2,86 kg.
E) A massa de água aquecida será de aproximadamente 1,53 kg.

✅ Resposta correta: alternativa C

Resolução passo a passo

Identifique os dados. Energia captada: 600 kJ. Fração transferida para a água: 75%. Calor específico da água: 4,2 kJ/(kg °C). Variação de temperatura: de 20 °C para 70 °C, ou seja, ΔT = 70 - 20 = 50 °C.
Calcule a energia efetivamente transferida para a água, já descontadas as perdas: 0,75 × 600 kJ = 450 kJ.
Use a equação do calor sensível, Q = m × c × ΔT, isolando a massa: m = Q / (c × ΔT).
Substitua os valores: m = 450 / (4,2 × 50) = 450 / 210 = 2,14 kg (valor aproximado, 2,142...).
Conclusão: a massa máxima de água aquecida é de aproximadamente 2,14 kg, o que coincide com o gabarito oficial.
Por que as outras estão erradas: A (2,25 kg) corresponde a arredondar o calor específico para 4,0; B (0,71 kg) usa 600 kJ sem descontar as perdas e um ΔT muito maior que o correto; D (2,86 kg) usa 600 kJ e ignora as perdas de 25%; E (1,53 kg) usa ΔT = 70 °C, esquecendo de subtrair a temperatura inicial.

💡 Dica: calcular energia útil e relacionar com massa, calor específico e variação de temperatura

Alternativa por alternativa

A Erradaerro: Atenção

Provavelmente arredondou o calor específico da água de 4,2 para 4,0 kJ/(kg °C) ou cometeu um erro de multiplicação ao calcular 4,2 × 50, obtendo 200 em vez de 210.

B Erradaerro: Procedimental

Provavelmente não descontou as perdas, usando os 600 kJ integralmente, e usou uma variação de temperatura de cerca de 200 °C no denominador (600 / (4,2 × 200) ≈ 0,71).

C Correta

A energia efetivamente transferida à água é 0,75 x 600 = 450 kJ. Como a variação de temperatura é 50 °C, Q = m c deltaT fornece m = 450/(4,2 x 50), aproximadamente 2,14 kg.

D Erradaerro: Interpretaçãoa que mais engana

Calculou corretamente o denominador, mas ignorou que apenas 75% da energia é transferida à água, usando 600 kJ diretamente: 600 / (4,2 × 50) ≈ 2,86.

Por que engana: usar energia total sem considerar perda para o ambiente

E Erradaerro: Procedimental

Usou a temperatura final de 70 °C como se fosse a variação de temperatura, esquecendo de subtrair a temperatura inicial de 20 °C: 450 / (4,2 × 70) ≈ 1,53.

Raio-X da questão

Dificuldade Média

Bloom aplicar

Leitura fundamenta

Discriminação médio

Peso pedagógico médio

Autonomia do enunciado alta

Cobertura da habilidade EM13CNT102

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ objetivo e direto🧩 questão de fixação e

🎯 Conceito central

energia térmica, calor específico, eficiência energética

📌 Objetivo

calcular massa a par

🧱 Pré-requisitos

calor específico e cálculo de calor · porcentagem de energia útil

📚 Reveja

porcentagem de energia transferida

⚠️ Erro mais comum

usar energia total sem considerar perda para o ambiente

🌎 Tema transversal

sustentabilidade ambiental

🏫 Contexto

protocolo prático de

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