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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 104 do ENEM PPL 2021

2º dia · Ciências da Natureza · H17 · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Alguns recipientes de cozinha apresentam condutividade térmica apropriada para acondicionar e servir alimentos. Assim, os alimentos acondicionados podem manter a temperatura, após o preparo, por um tempo maior. O quadro contém a condutividade térmica (k) de diferentes materiais utilizados na produção desses recipientes.

Condutividade térmica de materiais
Material k(kcal/h m °C)
I Cobre 332,0
II Alumínio 175,0
III Ferro 40,0
IV Vidro 0,65
V Cerâmica 0,40

Considerando recipientes de mesma espessura, qual o material recomendado para manter o alimento aquecido por um maior intervalo de tempo?

  1. A
    I
  2. B
    II
  3. C
    III
  4. D
    IV
  5. E
    V
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Resolução comentada

A condutividade térmica k mede a facilidade com que o calor atravessa um material. Pela lei de Fourier, o fluxo de calor é

\Phi = \frac{k\,A\,\Delta T}{e}

onde A é a área, \Delta T é a diferença de temperatura entre as faces e e é a espessura.

Como os recipientes têm a mesma espessura, e supondo mesma área e mesma diferença de temperatura (alimento quente por dentro, ambiente por fora), o fluxo \Phi é diretamente proporcional a k.

  1. Quanto maior o k, mais rápido o calor sai do alimento e mais rápido ele esfria.
  2. Quanto menor o k, mais lenta é a perda de calor, e o alimento fica quente por mais tempo.

O material que mantém o alimento aquecido por mais tempo é o de menor condutividade, isto é, um isolante térmico. Comparando os valores do quadro: cobre 332{,}0, alumínio 175{,}0, ferro 40{,}0, vidro 0{,}65 e cerâmica 0{,}40.

O menor valor é 0{,}40\ \text{kcal/h m °C}, da cerâmica (material V).

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO cobre tem a maior condutividade, então perde calor mais rápido; é o pior para manter aquecido.
  • BO alumínio também é ótimo condutor (175{,}0), logo esfria o alimento rapidamente.
  • CO ferro, com k=40{,}0, ainda conduz muito mais calor que vidro e cerâmica.
  • DO vidro é bom isolante, mas 0{,}65 é maior que 0{,}40 da cerâmica, então perde calor um pouco mais rápido.

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

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