Enunciado

O consumo total de energia elétrica nos Estados Unidos é aproximadamente igual a 1,0 × 10 19   J por ano.

Qual é a taxa de consumo médio de energia elétrica em w a t t s ?

Sabendo que a população dos Estados Unidos é de 300 milhões de habitantes, qual é a taxa de consumo médio de energia elétrica por pessoa?

A energia da radiação solar que atinge a Terra possui uma taxa aproximadamente igual a 1,0   k W por metro quadrado da superfície terrestre. Se essa energia pudesse ser convertida em energia elétrica com eficiência de 40 % , qual seria a área (em quilômetros quadrados) para coletar a energia solar necessária para obter a energia elétrica usada nos Estados Unidos?

Passo 1

Opa, bora lá! O enunciado nos dá o consumo total anual dos estados unidos que é igual a 1,0 × 10 19   J e com isso temos que responder alguns itens:

Primeiro calculamos taxa de consumo médio de energia elétrica em w a t t s .

Lembrando que w a t t s é dado por j o u l e s / s e g u n d o temos de ter o tempo em segundos:

t = 1 a n o = 365.24.60.60 = 3,16 × 10 7 s

Assim a potência é a energia dividida pelo tempo:

P = E t = 1,0 × 10 19 3,16 × 10 7 = 3,2 × 10 11 W

P = 3,2 × 10 8 W

Passo 2

Agora queremos a taxa de consumo médio de energia elétrica por pessoa .

Por pessoa basta dividir a potência pelo número de habitantes:

3,2 × 10 11 W 3 × 10 8 p e s s o a s = 1,1 k W / p e s s o a

Passo 3

Beleza, agora imagina que os EUA querem apenas energia limpa e mais especificamente a solar.

A radiação solar média é a 1,0   k W por metro quadrado da superfície terrestre e a eficiência da placa solar é de 40 % . Quantos k m 2 de placa solar a gente precisa?

Aqui não tem mistério, é só se ligar nas unidades. Temos k W / m 2 da energia solar e potência necessária em k W . Dividimos a potência necessária pela energia solar porque vai sobrar só m 2 .

A = 3,2 × 10 8 k W 1 × k W m 2 = 3,2 × 10 8   m 2

Mas isso seria se a eficiência fosse 100 % . A eficiência aqui é:

E f i c i ê n c i a = A i d e a l A r e a l

Então:

A r e a l = 3,2 × 10 8   m 2 0,4 = 8 × 10 8 m 2 = 800 k m 2

Prontinho!!!

Resposta

a ) 3,2 × 10 11 W

b ) 1,1 k W / p e s s o a

c ) 800 k m 2

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Um engradado sobre um carrinho motorizado parte do repouso e move-se em sentido leste com uma aceleração constante de a 2,80m / s 2 . Um trabalhador auxilia o carrinho empurrando o engradado com uma f
Para um experimento no laboratório de física, quatro colegas sobem as escadas do porão até o último andar do seu prédio — uma distância vertical de 16,0m . Os colegas e suas massas são: Tatiana, 50,2k
Em solo plano, uma pessoa de 70k g requer cerca de 300W de potência metabólica para caminhar a uma velocidade constante de 5,0k m / h ( 1,4m / s ). Usando a mesma potência de saída metabólica, essa pe
Quando um avião voa, está submetido a uma força de resistência do ar proporcional ao quadrado de sua velocidade v . Porém, existe uma força de resistência adicional, pois o avião possui asas. O ar que
A potência da luz solar que atinge cada metro quadrado da superfície da Terra em um dia claro nos trópicos está perto de 1000W . Em um dia de inverno em Manitoba, a concentração de potência da luz sol