Provas Anteriores | PASSE 2023–2025 — 2ª Etapa

Q36

Energia — Armazenamento por Potencial Gravitacional

Um dos desafios da geração fotovoltaica é sua intermitência, pois não há produção de energia durante a noite. Para resolver esse problema, engenheiros chineses desenvolveram um sistema de armazenamento de energia por potencial gravitacional.

Esse sistema armazena a eletricidade excedente gerada durante o dia e a disponibiliza à noite ou em períodos de baixa geração. Ele funciona elevando grandes blocos de concreto durante o dia, utilizando o excesso de energia disponível. À noite, os blocos descem, acionando geradores que convertem a energia potencial gravitacional em eletricidade.

Suponha que cada bloco de concreto tenha uma massa de $50\times10^3\text{ kg}$ e seja elevado a uma altura de $80\text{ m}$ em relação ao solo. Desprezando qualquer perda no processo, quantos blocos suspensos seriam necessários para gerar $1\text{ MWh}$ de eletricidade, considerando a aceleração da gravidade $g=10{,}0\text{ m/s}^2$?

a)64 blocos.

b)72 blocos.

c)86 blocos.

d)90 blocos.

e)95 blocos.

Gabarito — PASSE-UFMS Triênio 2023–2025 (2ª Etapa)

D

Resolução

Energia potencial gravitacional armazenada por bloco:

$E_1=mgh=(50\times10^3)\cdot10\cdot80=4\times10^7\text{ J}$.

Convertendo a energia desejada para joules: $1\text{ MWh}=1\times10^6\cdot3.600\text{ s}=3{,}6\times10^9\text{ J}$.

Número de blocos necessários:

$n=\dfrac{3{,}6\times10^9}{4\times10^7}=90$.

Alternativa correta: D

Q37

Eletromagnetismo — Lei de Faraday em Geradores Hidrelétricos

Uma usina hidrelétrica gera eletricidade utilizando a força da água para movimentar turbinas conectadas a geradores. Dentro desses geradores, existe um ímã que, ao girar, cria um campo magnético variável, o que induz uma corrente elétrica no fio condutor da bobina, gerando eletricidade.

Esse processo é um exemplo prático da Lei de Faraday, que estabelece que uma variação no fluxo magnético através de uma espira gera uma corrente elétrica.

Imagine que, devido à estiagem, o fluxo de água que movimenta as turbinas da usina hidrelétrica diminuiu, resultando em uma rotação mais lenta do ímã no gerador. Qual das alternativas a seguir descreve corretamente o impacto dessa rotação mais lenta no processo de geração de energia?

a)A rotação mais lenta do ímã aumenta a frequência da corrente alternada gerada.

b)A rotação mais lenta do ímã reduz a intensidade do campo magnético gerado, diminuindo a geração de corrente elétrica.

c)A rotação mais lenta do ímã diminui a variação do fluxo magnético, reduzindo a voltagem e a potência gerada.

d)A rotação mais lenta do ímã aumenta a taxa de variação do fluxo magnético, o que resulta em uma maior produção de energia.

e)A rotação mais lenta do ímã não altera a voltagem, pois a corrente gerada depende apenas da resistência da bobina.

Gabarito — PASSE-UFMS Triênio 2023–2025 (2ª Etapa)

C

Resolução

Pela Lei de Faraday, a força eletromotriz induzida é proporcional à taxa de variação do fluxo magnético: $\varepsilon=-\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.

Uma rotação mais lenta do ímã faz com que o fluxo magnético através da bobina varie mais devagar (menor $\Delta\Phi/\Delta t$), reduzindo a força eletromotriz induzida — ou seja, a voltagem — e, consequentemente, a potência elétrica gerada. A intensidade do campo magnético do ímã em si não muda; o que muda é a rapidez com que esse campo varia em relação à bobina.

Alternativa correta: C

Q38

Energia — Transformações em uma Usina Hidrelétrica

Analisando uma usina hidrelétrica e seu funcionamento, temos que a energia armazenada no reservatório de água é convertida em energia elétrica com o auxílio de turbinas e geradores.

Qual alternativa descreve corretamente o processo de transformação de energia que ocorre nesse tipo de usina?

a)A energia potencial da água é transformada diretamente em eletricidade, sem a participação de fenômenos magnéticos.

b)A água movimenta a turbina, convertendo energia potencial gravitacional em energia cinética. Então, o gerador converte essa energia cinética em energia elétrica por meio de fenômenos magnéticos.

c)O processo de geração de eletricidade na usina hidrelétrica ocorre sem qualquer perda de energia.

d)A turbina transforma energia elétrica em magnética, e o gerador transforma energia magnética em energia potencial.

e)Em usinas hidrelétricas, a energia potencial da água não é importante para a geração de energia elétrica.

Gabarito — PASSE-UFMS Triênio 2023–2025 (2ª Etapa)

B

Resolução

A cadeia de transformação de energia em uma usina hidrelétrica segue a ordem: energia potencial gravitacional da água represada $\rightarrow$ energia cinética da água em queda, que movimenta a turbina $\rightarrow$ energia elétrica, gerada no gerador por indução eletromagnética (Lei de Faraday), à medida que o eixo da turbina gira o ímã do gerador.

Alternativa correta: B

Q39

Energia — Custo Comparado entre Usina Termelétrica e Eólica

Uma empresa possui uma demanda mensal de $50\text{ MWh}$ e está avaliando duas opções para suprir essa necessidade de energia: uma usina termelétrica e uma usina eólica. Desprezando perdas por transmissão e considerando os dados abaixo:

Usina termelétrica: custo de produção de R$ 0,15 por $\text{kWh}$, custo de distribuição de R$ 0,04 por $\text{kWh}$, além de um custo fixo de R$ 3.000,00 para controle de emissões e uma taxa ambiental de R$ 0,01 por $\text{kWh}$.

Usina eólica: custo de produção de R$ 0,09 por $\text{kWh}$, custo de distribuição de R$ 0,06 por $\text{kWh}$. A usina cobre apenas 80% da demanda, e o restante deverá ser comprado de outra fonte a R$ 0,40 por $\text{kWh}$.

Qual é o custo total mensal aproximado da usina com o melhor custo-benefício?

a)R\$ 8.000,00.

b)R\$ 10.000,00.

c)R\$ 12.500,00.

d)R\$ 13.000,00.

e)R\$ 15.000,00.

Gabarito — PASSE-UFMS Triênio 2023–2025 (2ª Etapa)

B

Resolução

Demanda mensal: $50\text{ MWh}=50.000\text{ kWh}$.

Termelétrica:

produção: $0{,}15\cdot50.000=7.500$; distribuição: $0{,}04\cdot50.000=2.000$; taxa ambiental: $0{,}01\cdot50.000=500$; custo fixo: $3.000$.

Total termelétrica $=7.500+2.000+500+3.000=\text{R\$ }13.000{,}00$.

Eólica: cobre $80\%$ de $50.000\text{ kWh}=40.000\text{ kWh}$; os $20\%$ restantes ($10.000\text{ kWh}$) são comprados a R\$ 0,40/kWh.

produção: $0{,}09\cdot40.000=3.600$; distribuição: $0{,}06\cdot40.000=2.400$; compra externa: $0{,}40\cdot10.000=4.000$.

Total eólica $=3.600+2.400+4.000=\text{R\$ }10.000{,}00$.

Como R\$ 10.000,00 < R\$ 13.000,00, a usina eólica tem o melhor custo-benefício, com custo mensal de R\$ 10.000,00.

Alternativa correta: B

Q40

Calorimetria — Aquecimento de Água e Gelo até o Equilíbrio

Durante um rigoroso inverno, uma pessoa deseja tomar um banho relaxante, mas encontra a banheira semicongelada, contendo $90$ litros de água a $0^\circ\text{C}$ e $10\text{ kg}$ de gelo, que também está a $0^\circ\text{C}$.

Para aquecer a água até $30^\circ\text{C}$, a pessoa liga o aquecedor elétrico da banheira. Considere que cada litro de água corresponde a $1\text{ kg}$ e utilize as seguintes informações:

calor específico da água: $1\text{ cal/g}^\circ\text{C}$; calor latente de fusão do gelo: $80\text{ cal/g}$; calor específico do gelo: $0{,}5\text{ cal/g}^\circ\text{C}$.

Calcule a quantidade total de energia necessária, cedida pelo aquecedor da banheira, para que o sistema — água e gelo — atinja o equilíbrio térmico a $30^\circ\text{C}$, desconsiderando quaisquer perdas de calor para o ambiente.

a)$1.000\text{ kcal}$.

b)$2.500\text{ kcal}$.

c)$3.800\text{ kcal}$.

d)$4.200\text{ kcal}$.

e)$7.200\text{ kcal}$.

Gabarito — PASSE-UFMS Triênio 2023–2025 (2ª Etapa)

C

Resolução

O aquecedor precisa fornecer calor para três processos: aquecer os 90 kg de água já líquida de $0^\circ\text{C}$ a $30^\circ\text{C}$, fundir os 10 kg de gelo (que já está a $0^\circ\text{C}$) e, em seguida, aquecer a água resultante da fusão de $0^\circ\text{C}$ a $30^\circ\text{C}$.

Aquecimento da água líquida (90 kg = 90.000 g):

$Q_1=m\,c\,\Delta T=90.000\cdot1\cdot30=2.700.000\text{ cal}=2.700\text{ kcal}$.

Fusão do gelo (10 kg = 10.000 g), já a $0^\circ\text{C}$ (não precisa de calor sensível prévio):

$Q_2=m\,L_f=10.000\cdot80=800.000\text{ cal}=800\text{ kcal}$.

Aquecimento da água proveniente do gelo derretido (10.000 g), de $0^\circ\text{C}$ a $30^\circ\text{C}$:

$Q_3=10.000\cdot1\cdot30=300.000\text{ cal}=300\text{ kcal}$.

Energia total:

$Q=Q_1+Q_2+Q_3=2.700+800+300=3.800\text{ kcal}$.

Alternativa correta: C

PASSE 2023–2025 2ª Etapa

Dados utilizados