Ciências da Natureza I – Ensino Médio
Oficina Energia e suas transformações
Material do monitor
Caro monitor
Este material foi produzido com o objetivo de auxiliá-lo nos trabalhos com o material
didático impresso “Energia e suas transformações e com a web aula “Energia, meio
ambiente e desenvolvimento”.
Os principais conteúdos abordados nos materiais são:

O conceito de Energia

A energia potencial gravitacional

A energia cinética

A energia elétrica

As transformações de energia

O teorema de conservação da energia
As habilidades que são objeto de desenvolvimento, por parte do aluno, nessa
atividade são:
Parte 1
H39 - Relacionar os conceitos de energia e trabalho.
Parte 2
H40 - Identificar algumas formas de energia expressando-as em linguagem
matemática quando necessário.
H42 - Aplicar o teorema de conservação da energia na resolução de problemas.
Parte 3
H41 - Identificar transformações de energia em diferentes processos de geração e
uso.
Parte 4
H41 - Identificar transformações de energia em diferentes processos de geração e
uso.
Parte 5
H41 - Identificar transformações de energia em diferentes processos de geração e
uso.
H49 - Relacionar elementos e grandezas mensuráveis de equipamentos e circuitos
elétricos (carga elétrica, corrente, tensão, resistência, potência, força eletromotriz).
Parte 6
H49 - Relacionar elementos e grandezas mensuráveis de equipamentos e circuitos
elétricos (carga elétrica, corrente, tensão, resistência, potência, força eletromotriz).
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Parte 7
H41 - Identificar transformações de energia em diferentes processos de geração e
uso.
Por ser um material extenso existe a necessidade de fazermos escolhas para o
trabalho com os conteúdos e habilidades elencadas.
Considerando um dia letivo com 2h de aula, sugere-se que as estratégias utilizadas no
plano elaborado sejam divididas da seguinte maneira:

Introdução

Trabalho com o vídeo

Atividade em grupo

Resolução e correção de exercícios

Finalização da aula
ATENÇÃO: Atente que o material impresso é extenso e abarca uma gama
variada de habilidades. Consequentemente é importante que você trabalhe
em sala de aula somente aquelas partes relacionadas com as habilidades
nas quais seus alunos possuem maiores dificuldades de desenvolvimento.
Apresentar aos alunos a temática em estudo resgatando a importância da
leitura prévia do material impresso, disponível no Portal Eja. É
imprescindível a entrega do material com antecedência aos alunos.
Introdução
Dividir os alunos informando que cada grupo ficará responsável por um dos seis
tópicos apresentados no material impresso. O sétimo tópico são exercícios do Enem.
Informar que na sequência será exibido o vídeo “Energia, meio ambiente e
desenvolvimento” disponível no Portal Ej@ > Biblioteca digital > Ciências da Natureza
I > Web aulas > Ensino médio.
Solicitar a atenção e anotação das possíveis dúvidas.
Trabalho com o vídeo “Energia, meio ambiente e desenvolvimento”
Pausar o vídeo nos momentos sugeridos a seguir
Pausa 1: Afinal o que é energia?
Levantar as opiniões dos alunos sobre esse questionamento
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Pausa 2: E de onde vem essa energia?
Questionar os alunos solicitando que verbalizem suas opiniões.
Pausa 3: Em todas essas atividades temos um consumo direto ou indireto de
energia
Questionar os alunos sobre outras situações diárias onde ocorre consumo de energia.
Pausa 4:
Após a reflexão sobre energia potencial gravitacional e energia cinética
Resgatar com o grupo as expressões para a energia potencial gravitacional e energia
cinética
Ec = m.v2
2
Ep = m.g.h
Pausa 5: O que nós conseguimos é transformar um tipo de energia em outro
Levantar com os alunos situações cotidianas onde podemos perceber as
transformações de energia
Pausa 6:
Pausar no gráfico que mostra a mudança de estado do gelo para água e de água para
vapor. Refletir com os alunos sobre o significado de cada um daqueles intervalos,
observando is intervalos em que a temperatura permanece constante e aqueles em
que ocorre a variação da temperatura.
Finalizado o vídeo solicitar dos alunos que comentem os pontos que mais lhes
chamaram a atenção.
Resgatar novamente que uma parcela dos conteúdos estudados no vídeo está
aprofundada no material impresso “Energia e suas transformações”.
Atividade em grupo
Na divisão, para as atividades, informe os alunos que cada grupo ficará responsável
por um dos seis tópicos de teoria do material impresso. O sétimo tópico são exercícios
do Enem. Cada grupo trabalhará uma parte do material relacionada a determinadas
habilidades que serão o foco de trabalho.
No trabalho em grupo eles farão o levantamento e a reflexão daqueles pontos que lhes
chamaram a atenção no material impresso. Após essa reflexão os grupos
apresentarão aos demais colegas suas impressões referentes aos conteúdos
estudados.
Sugerimos um tempo máximo de 5 min de apresentação por grupo.
Resolução e correção dos exercícios
Finalizadas as apresentações é importante que os alunos ainda em grupos trabalhem
nos exercícios do material impresso.
Finalização da aula – 5min
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É importar resgatar com os alunos que nem todos os exercícios serão resolvidos em
sala de aula. Eles devem trabalhar nessas resoluções trazendo as eventuais dúvidas
para reflexão com o(a) monitor(a).
Após o término da aula repense na sua pratica pedagógica e metodologia de trabalho
adotadas para a atividade. Faça sua avaliação! Repense sua prática e entre em
contato com os coordenadores da área de CNI para sugestões, criticas, reflexões e
dúvidas nas resoluções dos exercícios.
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Gabarito Comentado
1. Energia é uma entidade física que todo mundo usa, conhece intuitivamente, mas
até hoje ninguém conseguiu explicar exatamente o que é. Atribui-se ao físicoquímico Ostwald (1853-1932) o mérito de ter dado a melhor definição que se
conhece sobre o assunto. Segundo Ostwald, a energia é aquilo de que se necessita
para realizar qualquer tarefa ou trabalho. Assim, quando andamos, consumimos
energia, tanto quanto para escrever ou pensar. Os veículos, como os automóveis,
por exemplo, consomem energia para se locomoverem. Acender uma lâmpada,
tomar um banho, comer uma bolacha ou acelerar a moto são exemplos de
consumo de energia.
2. Exemplo 1: A energia nuclear tem sido utilizada para geração de energia elétrica.
Exemplo 2: A produção de energia elétrica dobrou nos últimos dois anos.
Exemplo 3: A energia que vem do Sol é utilizada de diversas maneiras.
Em todas as situações a palavra energia está associada à realização de trabalho e a
processos de transferência e transformação.
Na época do Carnaval ouvimos expressões como “A energia do samba animou os
foliões” ou “Os foliões esbanjaram energia no desfile da escola de samba”. A
expressão energia nessas situações está associada a alegria e animação.
3. Um corpo que cai sob ação da força da gravidade. Nós não vemos a energia
durante a queda. Mas podemos ouvir o barulho do seu contato com o solo. Nessa
situação ocorreu a transformação da energia potencial gravitacional que vai se
transformando em energia cinética durante a queda e por ultimo em energia sonora ao
encontrar o solo.
4.
a) em relação ao plano da mesa;
Ep = m.g.h
Ep = 0,1x10x0,8.
Ep = 0,8 J.
b) em relação ao solo.
Ep = m.g.h
Ep = 0,1x10x0
Ep = 0
5. No 6º andar a pessoa de 80 kg está a uma altura de 24 m(4x6). Sua energia
potencial gravitacional a essa altura, em relação ao solo será:
Ep = m.g.h
Ep = 80x10x24
Ep = 19.200 J
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6. Um carrinho de massa 2 kg tem energia potencial gravitacional de 1.000 J em
relação ao solo, no ponto mais alto de sua trajetória. Sabendo que g = 10 m/s2,
determine a posição na qual o carrinho se encontra.
E p = m.g.h
1.000 = 2x10xh
1.000 = 20xh
h = 1.000/20
h = 50 m
7. Ec = m.v2
2
Onde m = 150 kg e v = 36 km/h (10 m/s).
Ec = 150x(10)2
2
Ec = 7.500 J
8. Ec = m.v2
2
Onde m = 900 kg e v = 72 km/h (20 m/s).
Ec = 900x(20)2
2
Ec = 180.000 J
9. Se a velocidade do carro da questão anterior for reduzida à metade, qual o novo
valor da energia cinética? Quantas vezes a energia cinética diminuiu, quando a
velocidade ficou reduzida à metade?
A velocidade que era de 20 m/s foi reduzida à metade: 10 m/s.
Calculando o novo v alor para a energia cinética teremos:
Ec = m.v2
2
Onde m = 900 kg e v = 10 m/s.
Ec = 900x(10)2
2
Ec = 45.000 J
Comparando o valor da energia cinética no exercício anterior quando o carro estava a
uma velocidade de 20 m/s (180.000 J) com o valor da energia cinética do veiculo com
velocidade de 10 m/s (45.000 J) observa-se que esta está quatro vezes menor.
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10. Nas três posições apresentadas a soma da energia cinética com a energia
potencial fornece como resultado sempre o mesmo valor: 6.000 J. A situação
apresentada indica que ocorreu a conservação da energia mecânica.
Ep = 6.000 J
Ec = 0
Ep = 3.000 J
Ec = 3.000 J
Ep = 0
Ec = 3.000 J
Disponível
em:
<http://admiradoresdafisica.blogspot.com.br/2012/09/conservacao-da-energiamecanica.html>. Acesso em: 24 jan. 2014. 14h01min.
11.
a) A energia potencial gravitacional no ponto mais alto da trajetória será:
Ep = m.g.h
m = 300 g = 0,3 kg
g = 10 m/s2.
h = 10 m.
Ep = 0,3.10.10
Ep = 30 J
b) No ponto mais alto da trajetória a velocidade será nula (v = 0) pois durante a subida
da bola, sua velocidade diminui.
c) Ao chegar ao solo a altura será h = 0. Nessa posição, sua energia potencial
gravitacional é nula pois
Ep = m.g.h
Ep = 0,3x10x0
Ep = 0
d) Qual o valor da velocidade da bola no momento em que atinge novamente o solo?
Como não existência a resistência do ar, a bola volta ao solo com a mesma velocidade
que subiu: 14,1 m/s.
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12. Alternativa C
Ponto mais
alto
h
Emecânica = Ecinética + Epotencial
Emecânica = 0 + m.g.h
2
Emecânica = m.g.h
Metade da
trajetória
Emecânica = Ecinética + Epotencial
Emecânica = mv2 + mgh
2
2
Ponto mais
baixo
Emecânica = Ecinética + Epotencial
Emecânica = mvo2 + 0
2
Emecânica = mvo2
2
h
2
Comparando os valores da energia mecânica nas posições metade da trajetória e
ponto mais baixo teremos, podemos escrever o valor da velocidade “v” em termos de
“vo” e “h”.
mv2 + mgh = mvo2
2
2
2
Os valores “m” e “2” aparecem em todos os termos da expressão acima.
Matematicamente a expressão pode ser reescrita na forma:
v2 + g.h = vo2
v2 = vo2 – g.h
e substituindo o valor encontrado para v2 na expressão da energia mecânica na
metade da trajetória teremos:
Emecânica = mv2 + mgh
2
2
Emecânica = m.(vo2 – g.h) + mgh
2
2
Que pode ser escrita na forma
Emecânica = mvo2 – m.g.h + mgh
2
2
2
Emecânica = mvo2
2
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13. Resposta pessoal do aluno.
14. Resposta pessoal do aluno.
15. Resposta pessoal do aluno.
16. Alternativa D
Teremos para as lâmpadas:
L1 – banheiro
L2 – cozinha
L3 – corredor
L4 – sala
De acordo com a tabela
Área do
Cômodo (m2)
Até 6,0
6,0 a 7,5
7,5 a 10,5
Potência da Lâmpada (W)
Sala/copa/cozinha
60
100
100
Quarto, varanda e corredor
60
100
100
Banheiro
60
60
100
L1:
A área do banheiro (2,1 x 1,5 = 3,15 m2) < 6 m2 terá lâmpada de 60 W
L2:
A área da cozinha: (3 x 3 = 9 m2). De acordo com a tabela o valor 9m2 está entre 7,5 e
10,5. Portanto a lâmpada ideal é de 100 W
L3:
A área do corredor (1,5 x 0,9 = 1,35 m2) < 6 m2 terá lâmpada de 60 W
L4:
A área da sala (3 x 2,8 = 8,4 m2). De acordo com a tabela o valor 8,4 m2 está entre 7,5
e 10,5. Portanto a lâmpada ideal é de 100 W
Portanto a potência total das lâmpadas será de:
60 + 100 + 60 + 100 = 320 W
A casa possui ainda :
1 geladeira = 200 W
1 ferro elétrico = 500 W
1 rádio = 50 W
1 chuveiro = 3.000 W
1 televisor = 200 W
1 ap. de som = 120 W
Somando todos os valores encontramos um total de 4.390 W.
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17. Resposta pessoal do aluno.
18. Resposta pessoal do aluno.
19.
9
11
10
2
8
3
1
12
6
4
13
5
7
20. Resposta pessoal do aluno.
21.
a) kWh.
b) 129,0 kWh.
c) Novembro.
d) 4,3 kWh.
e) R$ 34,48.
f) Qual é o valor efetivo cobrado por unidade de energia consumida? Para isso, basta
dividir o valor cobrado pela energia consumida.
Unidade de energia consumida = Valor pago (sem impostos)
Consumo total
Unidade de energia consumida = R$ 34,48
129
Unidade de energia consumida  0,2672
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14
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g) 10 min  0,17 h
Energia = Potência x tempo
Energia = 3.300 W x 0,17 h
Energia = 561 Wh = 0,561 kWh
Valor do banho = Energia consumida no banho x unidade de energia consumida
Valor do banho = 0,561 x 0,2672
Valor do banho  R$ 0,149
h) Energia = Potência x tempo
Geladeira
Energia = Potência
tempo
Energia = 300 W x 24 h
Energia = 7.200 Wh
Energia = 7,2 kWh
Valor gasto = 7,2 x 0,2672
Valor gasto  R$ 1,92
TV
x Energia = Potência x
tempo Energia = 440 W x 8
h
Energia = 3.520 Wh
Energia = 3,52 kWh
Valor gasto = 3,52
0,2672
Valor gasto  R$ 0,94
Ferro elétrico
Energia = Potência x
tempo
Energia = 1.000 W x 2 h
Energia = 2.000 Wh
Energia = 2 kWh
x Valor gasto = 2 x 0,2672
Valor gasto  R$ 0,534
i) Valor consumido = Energia consumida pelo aparelho x unidade de energia
consumida
Valor consumido = 32,5 x 0,2672
Valor consumido = R$ 8,68.
22. Um circuito elétrico pode ser definido como um conjunto de componentes, ligados
numa dada sequência, formando um percurso por onde passar uma corrente elétrica.
Os circuitos elétricos são constituídos de fontes de energia (pilhas ou baterias, por
exemplo), aparelhos receptores e fios condutores. Podem ser inseridos no circuito os
interruptores, que abrem e fecham o percurso por onde passa a corrente elétrica.
Outros aparelhos também utilizados são os amperímetros (utilizados para medida da
corrente elétrica em um trecho do circuito) e os voltímetros (para medida da diferença
de potencial).
23. Figuras 1 e 1a: circuitos em série.
Figuras 2 e 2a: circuito em paralelo.
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24. Circuito em série: A corrente elétrica que percorre cada componente do circuito é a
mesma. Entretanto a diferença de potencial poderá ter valores diferentes.
Circuito em paralelo:
Circuito em paralelo: A diferença de potencial entre os terminais de cada componente
é a mesma. Por outro lado, a corrente elétrica que atravessa cada componente poderá
ter valores diferentes.
25.
0,5 
1,5 
2,0 
O circuito está disposto em série. Nesse caso fazemos a soma dos valores dos
resistores, para determinar o resistor equivalente.
Requivalente = 0,5 + 1,5 + 2
Requivalente + 4 
26.
240 
120 
240 
O circuito está disposto em paralelo. Na determinação do valor do resistor equivalente
(Req) utiliza-se a expressão:
1= 1+1+1
Req R1 R2 R3
Onde
R1 = 240 
R2 = 120 
R3 = 240 
1= 1 +1+ 1
Req 240 120 240
Utilizando as técnicas matemáticas de determinação do mínimo múltiplo comum
(m.m.c.) e resolvendo a expressão teremos:
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1= 1+ 2
+1
Req 240 + 120 + 240
1= 4
Req 240
4.Req = 240
Req = 240 / 4
Req = 60 
27.
Os resistores R1 e R2 estão organizados em paralelo. Calculando o valor dessa
associação teremos:
1= 1 + 1
Req R1
R2
Onde
R1 = 2 
R2 = 2 
1=
Req
1 + 1
2
2
Que fornece como resultado
1=
Req
1+1
2
2.Req = 2
Req = 1 
Conforme comentado esse é o valor resultante da associação em paralelo. O “novo”
circuito pode ser representado da seguinte forma
1
4
Na nova situação teremos a organização dos resistores em série. Basta somar os
valores para obtermos o resistor equivalente final.
Req = 1  + 4
Req = 5 
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28.
3
7
2
10 
A associação do circuito é em série.
Com as informações fornecidas é possível calcular a resistência equivalente
Req = R1 + R2 + R3 + R4
Req = 3 + 7 + 2 + 10
Req = 22 
29.
4
6V
6
a) A ligação é em paralelo.
b)
1= 1 + 1
Req R1
R2
Onde
R1 = 4 
R2 = 6 
1=
Req
1 + 1
4
6
Que fornece como resultado
1=
Req
3+ 2
12
5.Req = 12
Req = 2,4 
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c)
Com a expressão V = R.i determinamos o valor da corrente elétrica que atravessa o
circuito utilizando o valor da diferença de potencial (V = 6 V) e o valor da resistência
equivalente (R = 2,4 ).
V = R.i
6 = 2,4.i
i = 2,5 A
d) Qual a intensidade elétrica que atravessa cada uma das lâmpadas?
Novamente com a expressão V = R.i determinamos o valor da corrente elétrica que
atravessa cada uma das lâmpadas utilizando o valor da diferença de potencial (V = 6
V) e o valor da resistência elétrica de cada lâmpada (R = 4  e R = 6  ).
Para a lâmpada de resistência R = 4 
V = R.i
6 = 4.i
i = 1,5 A
Para a lâmpada de resistência R = 6 
V = R.i
6 = 6.i
i = 1,0 A
e) Qual a potencia elétrica dissipada por cada uma das lâmpadas?
Com a expressão P = R.i2 (aula 41) determinamos o valor da potência dissipada por
cada lâmpada utilizando o valor da resistência elétrica e da corrente elétrica em cada
lâmpada.
Para a lâmpada de resistência R = 4  e corrente elétrica 1,5 A.
P = R.i2
P = 4.(1,5)2
P=9W
Para a lâmpada de resistência R = 6  e corrente elétrica 1,0 A.
P = R.i2
P = 6.(1,0)2
P=6W
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30.
a) Determine o valor da resistência de cada aparelho.
O diagrama mostrado informa que os resistores estão organizados em paralelo. Nessa
situação todos eles estão submetidos à mesma diferença de potencial informado. Com
essas informações e utilizando a expressão V = R.i determina-se o valor da resistência
em cada aparelho.
110 V
Para a torradeira V = 110 V e i = 8 A.
V = R.i
110 = R.8
Rtorradeira = 13,75 
Torradeira
8A
Aquecedor
Para o aquecedor V = 110 V e i = 10 A.
V = R.i
110 = R.10
Raquecedor = 11,0 
10 A
Lâmpada
Para a lâmpada V = 110 V e i = 2 A.
V = R.i
110 = R.2
Rlâmpada = 55,0 
2A
20 A
b) Qual será então o valor da resistência equivalente?
Resolveremos os exercícios de duas maneiras distintas.
1ª resolução
No item a) determinamos os valores das resistências de cada aparelho. Utilizando a
equação para o resistor equivalente em paralelo determinamos o valor da resistência
equivalente.
1 =
1
+ 1 +
1
Req Rtorradeira Raquecedor Rlâmpada
1 =
Req
1
+
13,75
1 +
11
1
55
Resolvendo a expressão teremos:
1 = 4+ 5 + 1
Req
55
10.Req = 55
Req = 5,5 
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2ª resolução
Com a expressão V = R.i determinamos o valor da resistência equivalente utilizando o
valor da diferença de potencial (V = 6 V) e o valor da corrente elétrica total (i = 20 A)
que atravessa o circuito.
V = R.i
110 = 20.i
i = 110/20
i = 5,5 A
31.
220 W
F
Lâmpada de 250 W
TV 200 W
Refrigerador 500 W
Chuveiro 400 W
Utilizando a expressão P = V.i, calculamos inicialmente a corrente elétrica que passa
por cada um dos aparelhos. Teremos
Para a lâmpada
P = 250 W
V = 220
P = V.i
i = 250/220
i  1,14 A
Para a TV
P = 200 W
V = 220
P = V.i
i = 200/220
i  0,91 A
Para o refrigerador
P = 500 W
V = 220
P = V.i
i = 500/220
i  2,27 A
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Para o chuveiro
P = 4.000 W
V = 220
P = V.i
i = 4.000/220
i  18,2 A
A corrente que passa pelo fusível é de 20 A e pelo chuveiro passam 18,2 A. Restam
então 20 – 18,2 = 1,8 A. Sendo assim a corrente que passa pelos outros aparelhos
não pode ser superior a 1,8 A. Caso isso ocorra o fusível queimaria.
De acordo com as possibilidades propostas nas alternativas teremos.
Alternativa A
Ligando o chuveiro com a TV teríamos: 18,2 A + 0,91 A = 19,11 A o que ficaria abaixo
dos 20 A disponíveis. Portanto essa é uma situação possível.
Alternativa B
Ligando o chuveiro com a TV e a lâmpada teríamos: 18,2 A + 0,91 + 1,14 A = 20,25
A o que ficaria acima dos 20 A disponíveis e o fusível queimaria.
Alternativa C
Ligando o chuveiro com o refrigerador teríamos: 18,2 A + 2,27 A = 20,47 A o que
também ficaria acima dos 20 A disponíveis e o fusível queimaria.
Alternativa D
Ligando o chuveiro com a TV e o refrigerador teríamos: 18,2 A + 0,91 A 2,27 A =
21,38 A o que novamente está acima dos 20 A disponíveis.
Alternativa E
Ligando o chuveiro com o refrigerador e a lâmpada teríamos: 18,2 A + 2,27 A + 1,14 A
= 21,61 A. Também nessa situação o fusível queimaria.
32. Alternativa D
A energia geotérmica se assemelha às usinas nucleares no que diz respeito à
conversão de energia. Ambas convertem energia térmica em cinética e, depois, em
elétrica.
33. Alternativa E
Olhando para a tabela, se pudermos aumentar a eficiência indefinidamente, o sistema
que mais se beneficiaria seria o da lâmpada incandescente, que transforma energia
elétrica em energia radiante (luz e radiação infravermelha). Mas não consta essa
opção, até porque as lâmpadas incandescentes já foram substituídas em eficiência
pelas lâmpadas fluorescentes.
Em segundo lugar, o sistema que mais se beneficiaria seria o de células solares, que
transformam a energia radiante do sol em energia elétrica. Aumento nessa eficiência
significa energia limpa, segura e renovável com menor custo, já que a energia solar é
abundante.
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