Questão 48 (2º semestre) da UFG 2014

Question

Em 1989, foi anunciada a realização em laboratório da assim chamada “fusão a frio”, um processo de fusão nuclear à temperatura ambiente realizada por meio de uma célula eletroquímica. Apesar do clamor inicial suscitado por esse resultado, experimentos sucessivos não conseguiram reproduzi-lo. De acordo com o que foi divulgado à época, núcleos de deutério ^2H se fundiam por meio das reações:

^2H + {}^2H \rightarrow {}^3He + n + E_1

^2H + {}^2H \rightarrow {}^3He + {}^1H + E_2

Para a situação apresentada, considere uma célula eletroquímica que possibilite o processo de fusão a frio gerando uma potência de 11{,}2\text{ W}. Na hipótese de que as duas reações aconteçam com a mesma frequência, conclui-se que os neutrons liberados durante 1 segundo seriam:

Dados:
\text{E}_1 \approx 3{,}0\text{ MeV}
\text{E}_2 \approx 4{,}0\text{ MeV}
1\text{ eV} = 1{,}6 \times 10^{-19}\text{ J}

A
1 \times 10^{13}
B
3 \times 10^{13}
C
4 \times 10^{13}
D
4 \times 10^{19}
E
7 \times 10^{19}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 48 (2º semestre) da UFG 2014

2º semestre · Física: Fissão, fusão e energia nuclear

Em 1989, foi anunciada a realização em laboratório da assim chamada “fusão a frio”, um processo de fusão nuclear à temperatura ambiente realizada por meio de uma célula eletroquímica. Apesar do clamor inicial suscitado por esse resultado, experimentos sucessivos não conseguiram reproduzi-lo. De acordo com o que foi divulgado à época, núcleos de deutério ^2H se fundiam por meio das reações:

^2H + {}^2H \rightarrow {}^3He + n + E_1

^2H + {}^2H \rightarrow {}^3He + {}^1H + E_2

Para a situação apresentada, considere uma célula eletroquímica que possibilite o processo de fusão a frio gerando uma potência de 11{,}2\text{ W}. Na hipótese de que as duas reações aconteçam com a mesma frequência, conclui-se que os neutrons liberados durante 1 segundo seriam:

Dados:
\text{E}_1 \approx 3{,}0\text{ MeV}
\text{E}_2 \approx 4{,}0\text{ MeV}
1\text{ eV} = 1{,}6 \times 10^{-19}\text{ J}

A
1 \times 10^{13}
B
3 \times 10^{13}
C
4 \times 10^{13}
D
4 \times 10^{19}
E
7 \times 10^{19}

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Resolução comentada

A potência é a energia liberada por segundo. Em 1 s, a célula libera 11{,}2\ \text{J}.

Como as duas reações ocorrem com a mesma frequência, a cada par de reações (uma de cada tipo) são liberados 1 nêutron e uma energia total E_1 + E_2.

Energia por par de reações: 3{,}0 + 4{,}0 = 7{,}0\ \text{MeV}.
Conversão para joules: 7{,}0\times 10^{6}\times 1{,}6\times 10^{-19} = 11{,}2\times 10^{-13}\ \text{J}.
Número de pares em 1 s:
N = \frac{11{,}2}{11{,}2\times 10^{-13}} = 1\times 10^{13}
Só a primeira reação libera nêutron, e ela ocorre uma vez por par. Logo, são 1\times 10^{13} nêutrons em 1 s.

Alternativa A.

Pegadinha: As alternativas D e E enganam quem erra a conversão de MeV para J, e C engana quem usa só a energia de uma reação em vez da soma de um par.

Por que as outras alternativas estão erradas

BValor sem relação com a conta; não resulta de nenhuma combinação correta das energias.
CSupõe que só a reação 1 ocorre, usando 3 MeV (ou 4 MeV) por reação, e ignora que as duas ocorrem com a mesma frequência.
DErra a conversão de MeV para joules, esquecendo o fator 10^6 ou usando a potência com expoente trocado.
EUsa a energia 7 MeV como se fosse em eV, errando a potência de dez na conversão.

Assuntos: Fissão, fusão e energia nuclear, Potência e rendimento.

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Questão 48 no caderno 1ª etapa da UFG 2014

Fonte: UFG 2014 · 2º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗