Em um motor a combustão, a energia liberada pela queima de gasolina é parcialmente convertida em trabalho mecânico, e a maior parte é dissipada na forma de calor para o ambiente e para o sistema de arrefecimento. O controle térmico é essencial para a operação segura do veículo. Considerando que o motor do carro apresenta um rendimento de aproximadamente 25% (isto é, apenas 25% da energia da gasolina é convertida em trabalho útil, e o restante é perdido para o ambiente, principalmente pelo sistema de arrefecimento) Considere os valores aproximados: ✓ A densidade da gasolina é de 750 g/L; ✓ O poder calorífico da gasolina é de 40 kJ/g; ✓ O calor específico da água é de 4,0 J/g·°C. Se a energia liberada pela queima de 50 L de gasolina fosse hipoteticamente transferida para um volume de água, qual seria a massa de água (em quilogramas aproximada) necessária para variar sua temperatura em 100 °C?

1. Massa de gasolina em 50 L: $m_g = 50\,\text{L}\cdot 750\,\text{g/L} = 37500\,\text{g}$

2. Energia liberada na queima (poder calorífico $=40\,\text{kJ/g}$): $Q = 37500\,\text{g}\cdot 40\,\text{kJ/g} = 1{,}5\times 10^6\,\text{kJ} = 1{,}5\times 10^9\,\text{J}$

(Como o enunciado pede a energia liberada pela queima transferida para a água, usa-se o total liberado; o rendimento de 25% é apenas contextual.)

3. Aquecimento da água: $Q = m\,c\,\Delta T$, com $c=4{,}0\,\text{J/(g·°C)}$ e $\Delta T=100\,°C$. $m = \frac{Q}{c\,\Delta T} = \frac{1{,}5\times 10^9}{4{,}0\cdot 100}\,\text{g} = 3{,}75\times 10^6\,\text{g}$

4. Convertendo para kg: $3{,}75\times 10^6\,\text{g} = 3{,}75\times 10^3\,\text{kg} = 3750\,\text{kg}$

Como o valor correto em joules implica a divisão acima, o resultado final é: $m \approx 3{,}75\times 10^6\,\text{g} \approx 3{,}75\times 10^3\,\text{kg}$

(Observação: se fosse considerada apenas a fração “perdida” de 75%, seria $0{,}75\times 3750\approx 2810\,\text{kg}$.)