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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 72 do ENEM PPL 2012

1º dia · Ciências da Natureza · H23 · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Um aquecedor solar consiste essencialmente em uma serpentina de metal, a ser exposta ao sol, por meio da qual flui água a ser aquecida. A parte inferior da serpentina é soldada a uma chapa metálica, que é o coletor solar. A forma da serpentina tem a finalidade de aumentar a área de contato com o coletor e com a própria radiação solar sem aumentar muito o tamanho do aquecedor. O metal, sendo bom condutor, transmite a energia da radiação solar absorvida para as paredes internas e, daí, por condução, para a água. A superfície deve ser recoberta com um material, denominado material seletivo quente, para que absorva o máximo de radiação solar e emita o mínimo de radiação infravermelha. Os quadros relacionam propriedades de alguns metais/ligas metálicas utilizados na confecção de aquecedores solares:

Material metálico Condutividade térmica
(W/m K)
Zinco 116,0
Aço 52,9
Cobre 411,0
Material seletivo quente Razão entre a
absorbância de
radiação solar e a
emitância de radiação
infravermelha
A. Óxido e sulfeto de níquel e zinco aplicados sobre zinco 8,45
B. Óxido e sulfeto de níquel e zinco sobre ferro galvanizado 7,42
C. Óxido de cobre em alumínio anodizado 7,72

ACIOLI, J. L. Fontes de energia. Brasília: UnB, 1994 (adaptado).

Os aquecedores solares mais eficientes e, portanto, mais atrativos do ponto de vista econômico, devem ser construídos utilizando como material metálico e material seletivo quente, respectivamente,

  1. A
    aço e material seletivo quente A.
  2. B
    aço e material seletivo quente B.
  3. C
    cobre e material seletivo quente C.
  4. D
    zinco e material seletivo quente B.
  5. E
    cobre e material seletivo quente A.
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Resolução comentada

Um aquecedor solar é mais eficiente quando faz duas coisas: transmite bem a energia absorvida para a água e perde pouca energia por radiação.

Primeiro, o metal da serpentina. O texto diz que o metal deve ser bom condutor para passar a energia da radiação às paredes internas e, depois, à água. Quanto maior a condutividade térmica, melhor a condução:

411{,}0\ (\text{cobre}) > 116{,}0\ (\text{zinco}) > 52{,}9\ (\text{aço})\ \text{W/m K}

O melhor metal é o cobre, o que elimina as alternativas A, B e D.

Segundo, o material seletivo quente. Ele deve absorver o máximo de radiação solar e emitir o mínimo de infravermelho, ou seja, deve ter a maior razão absorbância/emitância. Comparando:

8{,}45\ (\text{A}) > 7{,}72\ (\text{C}) > 7{,}42\ (\text{B})

O melhor é o material A, com razão 8,45.

A combinação mais eficiente é cobre com o material seletivo quente A. O material C aparece na alternativa C, mas tem razão menor que a do A, então não é o ideal.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO aço tem a menor condutividade térmica (52,9 W/m K), então é o pior condutor.
  • BAço é o pior condutor e o material B tem a menor razão absorbância/emitância (7,42).
  • CO cobre está certo, mas o material C tem razão 7,72, menor que a do A (8,45).
  • DO zinco conduz menos que o cobre e o material B tem a menor razão (7,42).

Assunto: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação.

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Ver como caiu na prova Questão 72 no caderno Branco do ENEM PPL 2012