Questão 102 Enem 2024 - dia 2 - Matemática e Ciências da natureza

Questão 102

Potência Térmica

Um estudante comprou uma cafeteira elétrica de 700 W de potência e com capacidade de 0,5 L de água (500 g). Enquanto o café estava em preparação na capacidade máxima da cafeteira, ele marcou que demorou 3 minutos para a cafeteira ferver toda a água (100 °C) a partir da temperatura ambiente de 20 °C. Em seguida, para avaliar a eficiência da cafeteira, ele calculou esse tempo desprezando quaisquer perdas energéticas. É necessária 1 cal (4,2 J) para elevar em 1 °C a temperatura de uma grama de água.

Qual a eficiência energética calculada pelo estudante?

a)	100%
b)	75%
c)	60%
d)	7,5%
e)	5,1%

Resolução Sugerimos anulação

A eficiência energética η de uma máquina ou dispositivo é definida como a razão entre a energia aproveitada para sua finalidade (energia útil, E_u) e a energia total recebida da fonte energética (energia total, E_t): $η = E_{u} / E_{t}$ .

Neste problema, a energia útil é o calor utilizado para o aquecimento da água. Temos:

$E_{u} = Q = m \cdot c \cdot (T_{f} - T_{i}) \Rightarrow$

$E_{u} = (500 g) \cdot (4, 2 \frac{J}{g \cdot ° C}) \cdot (100 ° C - 20 ° C) \Rightarrow$

$E_{u} = 168 000 J .$

A energia total é a energia recebida pela cafeteira da rede de distribuição, dada pelo produto da potência pelo intervalo de tempo de operação:

$E_{t} = P \cdot Δ t \Rightarrow$

$E_{t} = (700 W) \cdot (3 \cdot 60 s) \Rightarrow$

$E_{t} = 126 000 J .$

Nota-se que a cafeteira utiliza mais energia do que recebe, o que viola a segunda lei da termodinâmica. Sua eficiência energética, neste caso, seria

$η = \frac{E_{u}}{E_{t}} = \frac{168 000}{126 000} = \frac{4}{3} ≅ 133 %,$

o que é um absurdo. Devido a isso, sugerimos a anulação da questão.