Questão 47 do ENEM 2002

Question

O diagrama mostra a utilização das diferentes fontes de energia no cenário mundial. Embora aproximadamente um terço de toda energia primária seja orientada à produção de eletricidade, apenas 10% do total são obtidos em forma de energia elétrica útil.

Diagrama vertical com escala de porcentagem de 10% a 90% representando a energia primária. Até aproximadamente 30%, há a indicação de "Energia para produção de eletricidade", dividida entre "Calor perdido na produção" (de 10% a cerca de 30%) e "Energia elétrica útil" (abaixo de 10%).

A pouca eficiência do processo de produção de eletricidade deve-se, sobretudo, ao fato de as usinas

A
nucleares utilizarem processos de aquecimento, nos quais as temperaturas atingem milhões de graus Celsius, favorecendo perdas por fissão nuclear.
B
termelétricas utilizarem processos de aquecimento a baixas temperaturas, apenas da ordem de centenas de graus Celsius, o que impede a queima total dos combustíveis fósseis.
C
hidrelétricas terem o aproveitamento energético baixo, uma vez que parte da água em queda não atinge as pás das turbinas que acionam os geradores elétricos.
D
nucleares e termelétricas utilizarem processos de transformação de calor em trabalho útil, no qual as perdas de calor são sempre bastante elevadas.
E
termelétricas e hidrelétricas serem capazes de utilizar diretamente o calor obtido do combustível para aquecer a água, sem perda para o meio.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 47 do ENEM 2002

Prova · Física: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica

O diagrama mostra a utilização das diferentes fontes de energia no cenário mundial. Embora aproximadamente um terço de toda energia primária seja orientada à produção de eletricidade, apenas 10% do total são obtidos em forma de energia elétrica útil.

Diagrama vertical com escala de porcentagem de 10% a 90% representando a energia primária. Até aproximadamente 30%, há a indicação de "Energia para produção de eletricidade", dividida entre "Calor perdido na produção" (de 10% a cerca de 30%) e "Energia elétrica útil" (abaixo de 10%).

A pouca eficiência do processo de produção de eletricidade deve-se, sobretudo, ao fato de as usinas

A
nucleares utilizarem processos de aquecimento, nos quais as temperaturas atingem milhões de graus Celsius, favorecendo perdas por fissão nuclear.
B
termelétricas utilizarem processos de aquecimento a baixas temperaturas, apenas da ordem de centenas de graus Celsius, o que impede a queima total dos combustíveis fósseis.
C
hidrelétricas terem o aproveitamento energético baixo, uma vez que parte da água em queda não atinge as pás das turbinas que acionam os geradores elétricos.
D
nucleares e termelétricas utilizarem processos de transformação de calor em trabalho útil, no qual as perdas de calor são sempre bastante elevadas.
E
termelétricas e hidrelétricas serem capazes de utilizar diretamente o calor obtido do combustível para aquecer a água, sem perda para o meio.

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Resolução comentada

O diagrama mostra que cerca de \frac{1}{3} da energia primária vai para a produção de eletricidade, mas só 10\% do total vira energia elétrica útil. Ou seja, de cada 30\% destinados à eletricidade, cerca de 20\% viram calor perdido: o rendimento é de aproximadamente \frac{10}{30}\approx 33\%.

Por que isso acontece? Nas usinas térmicas (termelétricas e nucleares), a energia do combustível (queima ou fissão) vira calor, que aquece água e gera vapor. O vapor move a turbina, que aciona o gerador. Esse é um processo de transformação de calor em trabalho.

Pela Segunda Lei da Termodinâmica, nenhuma máquina térmica converte todo o calor em trabalho: parte do calor sempre é rejeitada para uma fonte fria (ambiente, rio, condensador). Por isso as perdas são elevadas em qualquer usina que use esse ciclo.

Verificando as alternativas:

A fissão é a fonte de energia, não uma causa de perda, e a perda não vem das altas temperaturas.
Temperaturas baixas limitam o rendimento, mas o erro está em dizer que impedem a queima total do combustível.
Hidrelétricas não usam calor e têm alto rendimento.
Nucleares e termelétricas transformam calor em trabalho, com grandes perdas de calor: é exatamente a explicação.
Sempre há perda para o meio, e hidrelétricas não aquecem água.

Alternativa D.

Por que as outras alternativas estão erradas

AA fissão é a fonte de energia, não a causa das perdas; o limite do rendimento vem da conversão de calor em trabalho.
BAtribui a baixa eficiência à queima incompleta do combustível, quando a causa é a rejeição de calor em máquinas térmicas.
CHidrelétricas têm rendimento alto e não são a causa da baixa eficiência global apontada.
EHidrelétricas não aquecem água, e há sempre perda de calor para o meio nas térmicas.

Assunto: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica.

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Questão 47 no caderno Amarela do ENEM 2002