Enunciado

57 . Ao considerar o fornecimento de energia para um automóvel, a energia por unidade de massa da fonte de energia é um parâmetro importante. Como o texto do capítulo mostra, o “calor da combustão” ou energia armazenada por massa é bastante semelhante para gasolina, etanol, óleo diesel, óleo de cozinha, metano e propano. Para uma perspectiva mais ampla, compare a energia por massa em joules por quilograma para a gasolina, as baterias de chumbo-ácido, hidrogênio e feno. Classifique os quatro, por ordem crescente de densidade de energia e indique o fator de aumento entre cada um e o próximo. Hidrogênio tem um “calor de combustão” 142   M J / k g . Para madeira, feno e matéria vegetal seca em geral, esse parâmetro é de 17   M J / k g . Uma bateria de chumbo-ácido de 16,0   k g totalmente carregada pode fornecer 1   200   W de potência por 1,0   h o r a .

Passo 1

Na resolução desse exercício precisamos lembrar da fórmula da energia elétrica dada por:

E = P ⋅ Δ t

Sendo assim, a energia por unidade de massa é:

E = P ⋅ Δ t m

Tudo certo? Então, vamos lá!

Passo 2

O enunciado nos diz o “calor de combustão” do hidrogênio e do feno, e a teoria do livro nos fornece o da gasolina, então tudo o que nos falta para começar a fazer a comparação é fazer o das baterias de chumbo-ácido e felizmente o enunciado nos dar todas as informações para obtê-lo, isto é:

E = 1   200   W ⋅ 3600   s 16,0   k g = 270000   J / k g   = 0,27   M J / k g

Agora vamos comparar esses valores.

Passo 3

Do maior para o menor temos que:

1º - Hidrogênio com 142   M J / k g .

2º - Gasolina com 44   M J / k g

3º - Feno com 17   M J / k g

4º - Chumbo-ácido com 0,27   M J / k g .

Vamos analisar o fator de aumento que chamaremos de k .

Chumbo-ácido e feno:

k = 17   M J / k g 0,27   M J / k g = 62,9   ~     63

O “calor de combustão” do feno é aproximadamente 63 vezes maior que do chumbo-ácido.

Feno e gasolina:

k = 44   M J / k g 17   M J / k g = 2,58   ~     2,6

O “calor de combustão” da gasolina é aproximadamente 2,6 vezes maior que do feno.

Gasolina e hidrogênio:

k = 142   M J / k g 44   M J / k g = 3,22   ~     3,2

O “calor de combustão” do hidrogênio é aproximadamente 3,2 vezes maior que da gasolina.

Resposta

1º - Hidrogênio com 142   M J / k g .

2º - Gasolina com 44   M J / k g

3º - Feno com 17   M J / k g

4º - Chumbo-ácido com 0,27   M J / k g .

Fator de aumento mostrado acima!

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