Exercícios sobre as fontes de energia elétrica (com gabarito)
Este material reúne exercícios sobre as fontes de energia elétrica, com questões comentadas e gabarito explicado. As atividades ajudam os estudantes a compreender como diferentes fontes – como hidrelétrica, termelétrica, eólica, solar, nuclear e biomassa – produzem eletricidade, destacando seus princípios físicos, vantagens e desafios ambientais.
O objetivo é oferecer uma forma prática de revisão, fundamental para quem estuda Ciências e Física no Ensino Médio ou se prepara para provas como o Enem e vestibulares.
Questão 1
A matriz energética de um país é o conjunto de fontes de energia disponíveis para suprir as necessidades de consumo. No Brasil, duas das mais importantes fontes para geração de eletricidade são as usinas hidrelétricas, que utilizam o potencial energético dos rios, e as usinas termelétricas, que se baseiam na queima de combustíveis como o carvão mineral e o gás natural.
Apesar de ambas gerarem energia elétrica ao final do processo, a sequência de transformações de energia desde a fonte primária é fundamentalmente diferente.
A sequência principal de transformações de energia que leva à geração de eletricidade na usina hidrelétrica e na usina termelétricas é, respectivamente:
a) Energia cinética → Energia mecânica → Energia elétrica; e Energia química → Energia potencial → Energia elétrica.
b) Energia potencial gravitacional → Energia mecânica → Energia elétrica; e Energia química → Energia térmica → Energia mecânica → Energia elétrica.
c) Energia térmica → Energia cinética → Energia elétrica; e Energia potencial gravitacional → Energia mecânica → Energia elétrica.
d) Energia potencial gravitacional → Energia térmica → Energia elétrica; e Energia química → Energia cinética → Energia mecânica → Energia elétrica.
Resposta correta: alternativa b) Energia potencial gravitacional → Energia mecânica → Energia elétrica; e Energia química → Energia térmica → Energia mecânica → Energia elétrica.
Para resolver a questão, é preciso analisar o passo a passo da conversão de energia em cada usina:
Usina Hidrelétrica:
A água represada a uma grande altura armazena Energia Potencial Gravitacional.
Ao ser liberada e escoar pelos dutos, essa água ganha velocidade, convertendo a energia potencial em Energia Cinética (energia do movimento).
A água em movimento gira as pás da turbina, transferindo sua energia para ela. A rotação da turbina é uma forma de Energia Mecânica.
O gerador, acoplado à turbina, converte a energia mecânica em Energia Elétrica através do fenômeno da indução eletromagnética.
A sequência simplificada é: Potencial Gravitacional → Mecânica (Cinética + Rotação) → Elétrica.
Usina Termelétrica a combustível fóssil:
O combustível (carvão, gás) armazena energia em suas ligações moleculares, que é a Energia Química.
A queima do combustível libera essa energia na forma de calor, que aquece a água. Essa energia de calor e do vapor pressurizado é a Energia Térmica.
O vapor em alta pressão se expande e gira as pás da turbina, convertendo a energia térmica em Energia Mecânica de rotação.
O gerador, acoplado à turbina, converte a energia mecânica em Energia Elétrica por indução eletromagnética.
A sequência é: Química → Térmica → Mecânica → Elétrica.
Questão 2
A transição para uma matriz energética mais sustentável impulsiona o desenvolvimento de fontes renováveis, como a eólica e a solar. Apesar de ambas serem consideradas "energias limpas" por não emitirem gases de efeito estufa em sua operação, os processos físicos envolvidos na conversão de sua energia primária em eletricidade são notavelmente distintos.
Usina Eólica: A energia contida nas massas de ar em movimento (vento) é utilizada para rotacionar as pás de grandes aerogeradores. Esse movimento de rotação é transferido para um gerador, que produz eletricidade.
Usina Solar Fotovoltaica: Utiliza painéis compostos por células de material semicondutor. Quando a radiação solar incide sobre essas células, os fótons da luz transferem sua energia para os elétrons do material, gerando diretamente uma corrente elétrica contínua, em um fenômeno conhecido como efeito fotovoltaico.
Com base nos princípios físicos que regem o funcionamento dessas duas usinas, as sequências de transformação de energia, desde a fonte primária até a eletricidade gerada, para a usina eólica e a usina solar fotovoltaica são, respectivamente:
a) Energia cinética → Energia mecânica → Energia elétrica; e Energia luminosa → Energia elétrica.
b) Energia luminosa → Energia elétrica; e Energia cinética → Energia mecânica → Energia elétrica.
c) Energia térmica → Energia cinética → Energia elétrica; e Energia luminosa → Energia térmica → Energia elétrica.
d) Energia cinética → Energia potencial → Energia elétrica; e Energia química → Energia elétrica.
Resposta correta: alternativa a) Energia cinética → Energia mecânica → Energia elétrica; e Energia luminosa → Energia elétrica.
Para resolver esta questão, é necessário analisar a cadeia de transformações de energia em cada tipo de usina.
Usina Eólica:
A fonte primária é o vento, que é ar em movimento. Corpos em movimento possuem Energia Cinética.
As pás do aerogerador são colocadas em rotação pelo vento. A energia de rotação de um corpo (como as pás e o eixo) é uma forma de Energia Mecânica.
O gerador, acoplado ao eixo, converte essa energia mecânica de rotação em Energia Elétrica por meio do princípio da indução eletromagnética.
Portanto, a sequência correta é: Cinética → Mecânica → Elétrica.
Usina Solar Fotovoltaica:
A fonte primária é a luz do sol, que é uma forma de radiação eletromagnética. Essa energia é chamada de Energia Radiante ou Energia Luminosa.
O efeito fotovoltaico, que ocorre nas células semicondutoras, converte a energia dos fótons (partículas de luz) diretamente em movimento de elétrons (corrente elétrica). Ou seja, há uma conversão direta de Energia Luminosa para Energia Elétrica, sem etapas intermediárias de energia mecânica ou térmica.
Portanto, a sequência correta é: Luminosa → Elétrica.
Questão 3
A energia proveniente do Sol pode ser aproveitada de diversas formas em ambientes residenciais e comerciais. Duas das tecnologias mais comuns são os painéis fotovoltaicos e os coletores solares térmicos. Embora ambos sejam instalados em telhados e dependam da luz solar, seus propósitos e mecanismos de funcionamento são fundamentalmente distintos.
Sistema Fotovoltaico: Composto por células de material semicondutor (geralmente silício). Quando os fótons da luz solar incidem sobre essas células, eles transferem energia para os elétrons do material, gerando diretamente uma corrente elétrica para alimentar lâmpadas, eletrodomésticos e outros equipamentos.
Sistema Térmico: Composto por tubos ou placas de superfície escura, projetados para maximizar a absorção da radiação solar. Dentro desses coletores circula água, que é aquecida pelo calor absorvido e, posteriormente, armazenada em um reservatório térmico para ser utilizada em chuveiros, torneiras e piscinas.
Analisando os sistemas descritos, o princípio físico fundamental e a principal conversão de energia que ocorrem no Sistema Fotovoltaico e no Sistema Térmico são, respectivamente:
a) Absorção de calor por irradiação, convertendo energia luminosa em energia térmica; e efeito fotovoltaico, convertendo energia luminosa em energia elétrica.
b) Efeito Joule, convertendo energia elétrica em energia térmica; e convecção, convertendo energia luminosa em energia cinética.
c) Efeito fotovoltaico, convertendo energia luminosa em energia elétrica; e absorção de calor por irradiação, convertendo energia luminosa em energia térmica.
d) Indução eletromagnética, convertendo energia mecânica em energia elétrica; e condução, convertendo energia térmica em energia mecânica.
Resposta correta: alternativa c) Efeito fotovoltaico, convertendo energia luminosa em energia elétrica; e absorção de calor por irradiação, convertendo energia luminosa em energia térmica.
A questão exige a identificação correta do princípio físico e da transformação de energia para cada um dos sistemas solares apresentados.
Sistema Fotovoltaico:
Princípio Físico: O fenômeno que descreve a geração de uma corrente elétrica a partir da incidência de luz sobre um material semicondutor é o efeito fotovoltaico. É um processo quântico, não mecânico ou puramente térmico.
Conversão de Energia: A energia contida na luz (energia luminosa ou radiante) é convertida diretamente em energia de movimento dos elétrons, ou seja, energia elétrica. A sequência é: Energia Luminosa → Energia Elétrica.
Sistema Térmico:
Princípio Físico: O processo baseia-se na capacidade de superfícies escuras de absorverem energia térmica por meio da irradiação solar. A energia do Sol chega à Terra como ondas eletromagnéticas (irradiação), que aquecem a superfície do coletor.
Conversão de Energia: A energia da luz solar (energia luminosa) é convertida em calor, que aumenta a temperatura da água. Portanto, a conversão principal é de energia luminosa para energia térmica. A sequência é: Energia Luminosa → Energia Térmica.
Questão 4
As usinas nucleares representam uma fonte de energia poderosa e controversa. Em seu núcleo, o reator, ocorre a fissão nuclear controlada de átomos pesados, como o urânio-235. Nesse processo, um nêutron atinge um núcleo de urânio, que se divide em núcleos menores, liberando mais nêutrons e uma vasta quantidade de energia na forma de calor. Esse calor é utilizado para aquecer água em um circuito fechado, gerando vapor que, por sua vez, movimenta as turbinas de um gerador elétrico.
Apesar de sua alta eficiência energética e de não emitir gases de efeito estufa em sua operação, essa tecnologia envolve desafios significativos, como o risco de acidentes graves e a necessidade de gerenciar resíduos que permanecem perigosos por milênios. O debate sobre sua utilização é, portanto, central nas discussões sobre a matriz energética do futuro.
A partir das informações e dos princípios da física nuclear e termodinâmica, a avaliação correta sobre a tecnologia das usinas nucleares é que:
a) o processo de fissão nuclear converte energia nuclear em energia térmica, e a geração de eletricidade ocorre sem a emissão direta de gases do efeito estufa, mas gera como subproduto resíduos de alta radioatividade e longa duração.
b) a fusão de átomos de urânio libera energia para aquecer a água, e por ser um processo totalmente limpo, não produz nenhum tipo de resíduo poluente, tornando-se a fonte de energia mais segura disponível.
c) a energia nuclear é convertida diretamente em energia elétrica no reator pelo efeito fotoelétrico, um processo que, apesar de eficiente, emite grandes quantidades de dióxido de carbono e fuligem.
d) o calor gerado pela queima do combustível nuclear move as turbinas, de forma análoga a uma usina hidrelétrica, sendo seu principal risco ambiental o aquecimento excessivo dos rios utilizados para refrigeração.
Resposta correta: alternativa a) o processo de fissão nuclear converte energia nuclear em energia térmica, e a geração de eletricidade ocorre sem a emissão direta de gases do efeito estufa, mas gera como subproduto resíduos de alta radioatividade e longa duração.
A questão pede uma análise completa da tecnologia nuclear, combinando o processo de geração, um benefício e um risco.
Processo: O texto-base descreve a fissão nuclear (divisão do núcleo) que libera uma enorme quantidade de energia térmica (calor). A sequência de conversão é: Nuclear → Térmica → Mecânica (turbina) → Elétrica. A primeira parte da alternativa "a" está correta ao afirmar que a energia nuclear é convertida em energia térmica.
Benefício: Um dos principais argumentos a favor da energia nuclear é que, durante sua operação, ela não realiza a queima de combustíveis fósseis, portanto, não emite gases de efeito estufa (como o CO₂), contribuindo para o combate ao aquecimento global. A segunda parte da alternativa "a" está correta.
Risco: O maior desafio da energia nuclear é o gerenciamento do "lixo nuclear". Os resíduos gerados no processo (o combustível já utilizado e outros materiais) são altamente radioativos e perigosos por milhares de anos, exigindo soluções de armazenamento complexas e seguras. A terceira parte da alternativa "a" também está correta.
Questão 5
A diversificação da matriz energética é uma estratégia para garantir a segurança no fornecimento de eletricidade. Entre as opções para usinas termelétricas, destacam-se o gás natural, a biomassa (como o bagaço da cana-de-açúcar) e o carvão vegetal. Todas essas fontes geram eletricidade a partir da queima de um combustível para produzir vapor que move uma turbina. No entanto, suas origens e os impactos socioambientais associados a cada uma são muito distintos.
Gás Natural: Combustível fóssil, extraído de reservatórios subterrâneos. Sua queima é considerada mais "limpa" em comparação a outros combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o óleo.
Biomassa: Matéria orgânica de origem vegetal ou animal. No Brasil, o bagaço de cana-de-açúcar é amplamente utilizado, aproveitando um resíduo da produção de açúcar e etanol.
Carvão Vegetal: Produzido a partir da carbonização da madeira. Sua sustentabilidade depende criticamente da origem da madeira utilizada.
Ao comparar as implicações socioambientais do uso dessas três fontes para a geração de eletricidade, conclui-se que:
a) as três fontes são equivalentes do ponto de vista ambiental, pois todas liberam a mesma quantidade de CO₂ por unidade de energia gerada e dependem de processos de extração com alto potencial de contaminação da água.
b) a biomassa e o carvão vegetal, por serem de origem vegetal, são considerados fontes de energia totalmente limpas, cujos únicos impactos negativos se restringem à ocupação de terras que poderiam ser usadas para a agricultura.
c) o carvão vegetal é a fonte mais vantajosa, pois, além de renovável, sua produção por pirólise enriquece o solo e sua queima não libera gases de efeito estufa, ao contrário do gás natural, que é o principal responsável pela chuva ácida.
d) o gás natural, apesar de ser um combustível fóssil não renovável, apresenta uma queima que emite menos gases poluentes (como SOx) que o carvão mineral, enquanto a sustentabilidade do carvão vegetal está diretamente ligada à utilização de madeira de reflorestamento.
Resposta correta: alternativa d) o gás natural, apesar de ser um combustível fóssil não renovável, apresenta uma queima que emite menos gases poluentes (como SOx) que o carvão mineral, enquanto a sustentabilidade do carvão vegetal está diretamente ligada à utilização de madeira de reflorestamento.
A questão exige uma análise crítica das vantagens e desvantagens de cada fonte, considerando tanto aspectos ambientais quanto sociais e econômicos.
Gás Natural: É um combustível fóssil, portanto, uma fonte não renovável. Sua queima, embora libere CO₂ (gás de efeito estufa), emite significativamente menos dióxido de enxofre (SOx) e material particulado do que a queima de carvão mineral ou óleo combustível, sendo, nesse aspecto, uma alternativa "mais limpa" entre os fósseis.
Biomassa (bagaço de cana): É uma fonte renovável. Seu uso é um exemplo de economia circular, pois aproveita um resíduo da agroindústria. Em teoria, seu balanço de carbono pode ser considerado neutro, pois o CO₂ emitido na queima foi previamente capturado pela planta durante a fotossíntese.
Carvão Vegetal: É uma fonte renovável apenas se a madeira utilizada vier de florestas plantadas (reflorestamento) e manejadas de forma sustentável. Seu principal passivo socioambiental é a forte associação com o desmatamento ilegal de matas nativas, uma prática que anula qualquer benefício de renovabilidade e causa danos irreparáveis à biodiversidade.
Questão 6
O debate global sobre as mudanças climáticas e a segurança energética impulsiona a reavaliação das matrizes elétricas em todo o mundo. A escolha entre fontes renováveis (como hidrelétrica, solar, eólica e biomassa) e não renováveis (como combustíveis fósseis e nuclear) envolve uma análise complexa que vai além da simples capacidade de geração, abrangendo impactos ambientais, sociais e econômicos em todo o ciclo de vida de cada tecnologia.
Analise as afirmativas a seguir sobre a geração de energia elétrica a partir de diferentes fontes:
I. As usinas hidrelétricas, por utilizarem a energia potencial da água represada, são uma fonte de energia renovável. Por essa razão, são consideradas uma forma de geração de eletricidade totalmente limpa e isenta de impactos socioambientais relevantes.
II. A queima tanto de combustíveis fósseis (ex: carvão mineral) quanto de biomassa (ex: bagaço de cana) libera dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera. Contudo, a biomassa pode ser considerada uma fonte de balanço de carbono próximo de zero, pois o carbono emitido na queima foi previamente capturado da atmosfera pela planta através da fotossíntese.
III. Fontes como a solar fotovoltaica e a eólica são intermitentes, pois dependem da disponibilidade do sol e do vento. Além disso, apesar de não emitirem gases poluentes durante a geração de eletricidade, seus equipamentos (painéis e aerogeradores) demandam extração de recursos minerais e processos industriais que geram impactos ambientais em seu ciclo de vida.
Marque a alternativa que indica corretamente se as afirmativas são verdadeiras (V) ou falsas (F).
a) V, V, V
b) V, F, V
c) F, V, V
d) F, F, V
Resposta correta: alternativa c) F, V, V
Vamos analisar cada afirmativa.
Afirmativa I:
A primeira parte da afirmativa está correta: as hidrelétricas são de fato uma fonte renovável. No entanto, a conclusão de que são "isentas de impactos socioambientais relevantes" é incorreta. A construção de grandes barragens causa impactos profundos, como o alagamento de vastas áreas de ecossistemas terrestres, a alteração de regimes fluviais, a perda de biodiversidade e o deslocamento compulsório de populações humanas (ribeirinhas, indígenas etc.). Adicionalmente, a decomposição da matéria orgânica submersa no reservatório pode emitir metano (CH₄), um potente gás de efeito estufa.
Portanto a afirmativa I é falsa.
Afirmativa II:
Ambos os processos de queima liberam CO₂. A distinção crucial está no ciclo do carbono. O carbono dos combustíveis fósseis estava aprisionado fora da atmosfera por milhões de anos; sua queima representa uma adição líquida de CO₂ ao ciclo atual. Já o carbono da biomassa faz parte de um ciclo curto: a planta o captura da atmosfera para crescer, e a queima o devolve. Se a biomassa for manejada de forma sustentável (com o replantio na mesma proporção do consumo), o balanço de emissões é considerado neutro ou próximo de zero.
Portanto a afirmativa II é verdadeira.
Afirmativa III:
A afirmativa aponta corretamente duas características importantes da energia solar e eólica. A primeira é a intermitência, ou seja, sua geração não é contínua e depende de condições climáticas. A segunda é a análise do ciclo de vida: embora a operação seja limpa (sem emissões diretas), a fabricação dos painéis solares e das turbinas eólicas envolve mineração (silício, terras raras), gasto energético e processos industriais que possuem uma pegada ambiental. O descarte desses equipamentos ao final de sua vida útil também representa um desafio.
A afirmativa III é, então, verdadeira.
Questão 7
A matriz energética de um país ou do mundo reflete o conjunto de fontes de energia utilizadas para suprir a demanda de eletricidade, transportes e indústria. A matriz energética brasileira é frequentemente destacada internacionalmente por sua elevada parcela de fontes renováveis, contrastando com a matriz mundial, que ainda é predominantemente baseada em combustíveis fósseis. Essa diferença estrutural implica em vantagens e vulnerabilidades distintas para cada contexto.
| Matriz Energética Brasileira | Matriz Energética Mundial |
|---|---|
|
Hidráulica: 65% Biomassa: 9% Eólica e Solar: 12% Gás Natural, Carvão e Derivados de Petróleo: 12% Nuclear: 2% |
Carvão Mineral: 36% Gás Natural: 23% Hidráulica: 16% Nuclear: 10% Eólica e Solar: 10% Outros (inclui Petróleo e Biomassa): 5% |
Considerando os dados apresentados e os conhecimentos sobre as fontes de energia, uma análise comparativa correta entre as matrizes elétricas brasileira e mundial aponta que:
a) o Brasil se destaca pelo uso intensivo de carvão mineral e energia nuclear, seguindo a tendência mundial para garantir segurança energética, enquanto o resto do mundo investe prioritariamente em biomassa como alternativa aos combustíveis fósseis.
b) a matriz mundial é mais resiliente e segura que a brasileira, pois a diversidade de fontes fósseis garante um fornecimento estável que não é afetado por variações climáticas, ao contrário da brasileira, cuja dependência de fontes renováveis a torna economicamente inviável.
c) ambas as matrizes são igualmente dependentes de fontes não renováveis, visto que a participação somada de gás natural, carvão e nuclear no Brasil é numericamente equivalente à participação de fontes renováveis (hidráulica, eólica e solar) no cenário mundial.
d) a matriz brasileira, por ser fortemente baseada em hidroeletricidade, possui uma menor emissão de gases de efeito estufa (GEE) por kWh gerado, mas enfrenta como principal risco a vulnerabilidade a crises hídricas, enquanto a matriz mundial, dependente de combustíveis fósseis, é a principal vetor das emissões que intensificam o aquecimento global.
Resposta correta: alternativa d) a matriz brasileira, por ser fortemente baseada em hidroeletricidade, possui uma menor emissão de gases de efeito estufa (GEE) por kWh gerado, mas enfrenta como principal risco a vulnerabilidade a crises hídricas, enquanto a matriz mundial, dependente de combustíveis fósseis, é a principal vetor das emissões que intensificam o aquecimento global.
Brasil: A matriz brasileira tem mais de 80% de sua eletricidade vinda de fontes renováveis (65% hidráulica + 9% biomassa + 12% eólica/solar). Isso resulta em uma "pegada de carbono" por kWh muito menor que a média mundial. O principal risco associado a uma matriz tão dependente da fonte hidráulica é a sua vulnerabilidade a secas e períodos de estiagem prolongada (crises hídricas), que podem comprometer a geração e levar a crises energéticas.
Mundo: A matriz mundial tem mais de 60% de sua eletricidade gerada a partir da queima de combustíveis fósseis (36% carvão + 23% gás natural). A queima desses combustíveis é a principal fonte antropogênica de gases de efeito estufa (GEE), como o CO₂, sendo, portanto, o principal motor do aquecimento global. Essa matriz energética não é mais segura; ela é vulnerável à volatilidade dos preços dos combustíveis fósseis e a conflitos geopolíticos em regiões produtoras.
Veja também: Fontes de energia e matrizes energéticas (na Física)
Para continuar praticando: Exercícios sobre energia elétrica (com respostas explicadas)
Exercícios sobre as fontes de energia elétrica (com gabarito). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-as-fontes-de-energia-eletrica-com-gabarito/. Acesso em:
