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Questão 43 do ENEM 2007

Prova · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Esquema de um aquecedor solar de água mostrando uma caixa com vidraças duplas contendo dois tanques cilíndricos pintados de preto e uma camada refletiva. A entrada de água fria está indicada no ponto X e a saída de água quente no ponto Y.

O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura ao lado, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.

A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: Thompson, 3.a ed., 2004, p. 529 (com adaptações).

Nesse sistema de aquecimento,

  1. A
    os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia.
  2. B
    a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento.
  3. C
    a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y.
  4. D
    a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa.
  5. E
    o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

O aquecedor solar funciona com três ideias de física térmica: absorção de energia, efeito estufa e convecção.

  1. Cor preta: superfícies pretas são ótimas absorvedoras de radiação. Por isso os tanques são pretos: absorvem a luz solar e a transformam em energia térmica na água.

  2. Vidro: é transparente à luz visível, que entra na caixa e é absorvida pelos tanques. Os corpos aquecidos emitem radiação infravermelha, que o vidro bloqueia em boa parte. Além disso, o vidro (principalmente duplo) e o ar parado dificultam a troca de calor com o exterior. Isso é o efeito estufa, que reduz a perda de energia térmica.

  3. Circulação da água: ocorre por convecção. A água quente fica menos densa e sobe até a saída Y, e a água fria, mais densa, entra por X. A causa é a diferença de temperatura (densidade), não uma "variação de energia luminosa".

  4. Camada refletiva: não armazena energia. Ela reflete a radiação de volta para os tanques, aumentando o aproveitamento.

A única afirmação correta é a que diz que o vidro deixa passar a luz e reduz a perda de energia térmica.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ACorpos pretos são bons absorvedores de radiação, não maus; é por isso que os tanques são pretos.
  • CA circulação se deve à convecção, por diferença de densidade causada pela temperatura, e não por variação de energia luminosa.
  • DA camada refletiva reflete a radiação para os tanques; não armazena energia luminosa.
  • EO vidro dificulta a perda de calor (é mau condutor e retém o infravermelho), e a temperatura interna não se mantém constante.

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

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