No nosso dia a dia deparamo–nos com muitas tarefas
pequenas e problemas que demandam pouca energia
para serem resolvidos e, por isso, não consideramos a
eficiência energética de nossas ações. No global, isso
significa desperdiçar muito calor que poderia ainda ser
usado como fonte de energia para outros processos. Em
ambientes industriais, esse reaproveitamento é feito por um
processo chamado de cogeração. A figura a seguir ilustra
um exemplo de cogeração na produção de energia elétrica.
Em relação ao processo secundário de aproveitamento
de energia ilustrado na figura, a perda global de energia
é reduzida por meio da transformação de energia
Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática.
Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?
Com a frequente adulteração de combustíveis, além de
fiscalização, há necessidade de prover meios para que
o consumidor verifique a qualidade do combustível. Para
isso, nas bombas de combustível existe um densímetro,
semelhante ao ilustrado na figura. Um tubo de vidro
fechado fica imerso no combustível, devido ao peso
das bolinhas de chumbo colocadas no seu interior. Uma
coluna vertical central marca a altura de referência, que
deve ficar abaixo ou no nível do combustível para indicar
que sua densidade está adequada. Como o volume do
líquido varia com a temperatura mais que o do vidro,
a coluna vertical é preenchida com mercúrio para
compensar variações de temperatura.
De acordo com o texto, a coluna vertical de mercúrio,
quando aquecida,
A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-se a 63 anos-luz da Terra, fora do sistema solar. Ali, o planeta gigante HD 189733b,15% maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. Atemperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. "A água sempre está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja escondida por outros tipos de nuvens", afirmaram os astrônomos do Spitzer Science Center (SSC), com sede em Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do telescópio espacial Spitzer.
Correio Braziliense, 11 dez. 2008 (adaptado).
De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vaporização infere-se que
Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1×10-³ ºC-¹ , desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre
Considere a forma de funcionamento de um
equipamento que utiliza um ciclo de transferência de
calor de um ambiente interno para um ambiente
externo. Um fluido, normalmente um gás, circula por
um sistema fechado dentro do ambiente interno,
retirando o calor desse ambiente devido a um
processo de evaporação. O calor absorvido pelo fluido
é levado para o condensador, que dissipa o calor
conduzido pelo fluido para o ambiente externo. Esse
fluido é, então, forçado por um compressor a circular
novamente pelo sistema fechado, dando continuidade
ao processo de esfriamento do ambiente interno.
KUGLER, Henrique. Ciência Hoje. v. 42, n. 252. p. 46–47, set. 2008 (adaptado).
No texto acima, descreve–se o funcionamento básico
de um
Na natureza, a água, por meio de processos
físicos, passa pelas fases líquida, gasosa e sólida
perfazendo o ciclo hidrológico. A distribuição da água
na Terra é condicionada por esse ciclo, e as
mudanças na temperatura do planeta poderão
influenciar as proporções de água nas diferentes fases
desse ciclo. O diagrama abaixo mostra as
transformações de fase pelas quais a água passa, ao
ser aquecida com o fornecimento de energia a uma
taxa constante.
Considerando–se o diagrama de mudanças de fases
da água e sabendo–se que os calores latentes de
fusão e de vaporização da água valem,
respectivamente, 80 cal/g e 540 cal/g, conclui–se que
A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 °C. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radiativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 °C sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. Aágua quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização. HINRICHS, Roger A. Energia e Meio Ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
Sob o aspecto da conversão de energia, as usinas geotérmicas
A eficiência de um coletor solar depende de uma série de variáveis. Na tabela abaixo, são mostradas diferenças na radiação solar incidente em diferentes capitais brasileiras localizadas em ordem crescente da latitude.
O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. Disponível em: http://www.keroagua.blogspot.com. Acesso em: 30 mar. 2009 (adaptado).
A transformação mencionada no texto é a
A luz solar que atinge a parte superior da
atmosfera terrestre chega a uma taxa constante de
135,2 mW/cm2. Dessa radiação, apenas 50%
conseguem chegar à superfície, pois parte dela é
refletida pelas nuvens e absorvida pela atmosfera. A
radiação solar pode ser aproveitada para aquecer
água de reservatórios, entre outras aplicações. Um
sistema básico para transformar energia solar em
térmica é ilustrado na figura ao lado acima. Esse
sistema é constituído de coletores solares e de um
reservatório térmico, chamado boiler. Os coletores
solares, geralmente, são feitos de materiais que
absorvem bem a radiação solar, e o calor gerado nos
coletores é transferido para a água que circula no
interior de suas tubulações de cobre. A água aquecida
é armazenada no boiler. Dessa forma, a água é
mantida quente para consumo posterior. A caixa de
água fria alimenta o boiler, mantendo–o sempre cheio.
Disponível em: www.icb.ufmg.br. Acesso em: 22 jun. 2008 (adaptado).
É correto afirmar que os coletores solares permitem
boa economia de energia, pois
O Inmetro procedeu à análise de garrafas
térmicas com ampolas de vidro, para manter o
consumidor informado sobre a adequação dos
produtos aos Regulamentos e Normas Técnicas. Uma
das análises é a de eficiência térmica. Nesse ensaio,
verifica–se a capacidade da garrafa térmica de
conservar o líquido aquecido em seu interior por
determinado tempo. A garrafa é completada com água
a 90 ºC até o volume total. Após 3 horas, a
temperatura do líquido é medida e deve ser, no
mínimo, de 81 ºC para garrafas com capacidade de 1
litro, pois o calor específico da água é igual a 1 cal/gºC.
Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/garrafavidro.asp. Acesso
em: 3 maio 2009 (adaptado)
Atingindo a água 81 ºC nesse prazo, a energia interna
do sistema e a quantidade de calor perdida para o
meio são, respectivamente,
Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m2 de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g-¹ ºC-¹ = 4.200 J kg-¹ ºC-¹ , então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m³ (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre
