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Questão 46 da UFPR 2010

1ª fase · Física: Ondas eletromagnéticas e espectro

O primeiro forno de micro-ondas foi patenteado no início da década de 1950 nos Estados Unidos pelo engenheiro eletrônico Percy Spence. Fornos de micro-ondas mais práticos e eficientes foram desenvolvidos nos anos 1970 e a partir daí ganharam grande popularidade, sendo amplamente utilizados em residências e no comércio. Em geral, a frequência das ondas eletromagnéticas geradas em um forno de micro-ondas é de 2450\ \text{MHz}. Em relação à Física de um forno de micro-ondas, considere as seguintes afirmativas:

1. Um forno de micro-ondas transmite calor para assar e esquentar alimentos sólidos e líquidos.
2. O comprimento de onda dessas ondas é de aproximadamente 12{,}2\ \text{cm}.
3. As ondas eletromagnéticas geradas ficam confinadas no interior do aparelho, pois sofrem reflexões nas paredes metálicas do forno e na grade metálica que recobre o vidro da porta.

Assinale a alternativa correta.

  1. A
    Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
  2. B
    Somente a afirmativa 2 é verdadeira.
  3. C
    Somente a afirmativa 3 é verdadeira.
  4. D
    Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras.
  5. E
    Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

Vamos avaliar cada afirmativa.

Afirmativa 1. Calor é energia térmica em trânsito por diferença de temperatura. O forno não transmite calor ao alimento: ele emite ondas eletromagnéticas, e as moléculas de água do alimento absorvem essa energia, passando a vibrar mais e aumentando a temperatura. Quem ganha energia é o alimento, por absorção de radiação, e não por troca de calor com o forno. Afirmativa falsa.

Afirmativa 2. Para uma onda eletromagnética no ar, v = \lambda f, com v = c = 3\times10^8\ \text{m/s} e f = 2450\ \text{MHz} = 2{,}45\times10^9\ \text{Hz}.

  1. \lambda = \dfrac{c}{f}
  2. \lambda = \dfrac{3\times10^8}{2{,}45\times10^9}
  3. \lambda \approx 0{,}122\ \text{m} = 12{,}2\ \text{cm}

Afirmativa verdadeira.

Afirmativa 3. As paredes metálicas refletem as micro-ondas. A grade metálica da porta tem furos muito menores que o comprimento de onda (12{,}2\ \text{cm}), então a onda não passa por eles e é refletida, enquanto a luz visível, de comprimento de onda bem menor, passa e permite ver o alimento. Assim, as ondas ficam confinadas no interior do forno. Afirmativa verdadeira.

São verdadeiras apenas a 2 e a 3.

Alternativa E.

Pegadinha: A afirmativa 1 engana ao usar "transmite calor": o aquecimento ocorre por absorção de radiação, não por transferência de calor do forno.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Aconsidera verdadeira a afirmativa 1, mas o forno emite radiação absorvida pelo alimento, não transmite calor.
  • Bacerta o comprimento de onda, mas ignora que a afirmativa 3 também é verdadeira (reflexão nas paredes e na grade).
  • Creconhece a 3, mas esquece de verificar a 2, cuja conta c/f dá de fato 12{,}2\ \text{cm}.
  • Dinclui a afirmativa 1, falsa, e exclui a 3, que é verdadeira.

Assuntos: Ondas eletromagnéticas e espectro, Ondas: conceitos e equação fundamental.

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Fonte: UFPR 2010 · 1ª fase. Prova oficial ↗