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Questão 84 do ENEM 2016

1º dia · Ciências da Natureza · H3 · Física: Propagação de calor: condução, convecção e irradiação

Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.

O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá

  1. A
    mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
  2. B
    mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
  3. C
    mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
  4. D
    mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
  5. E
    com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
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Resolução comentada

As duas bandejas estão em equilíbrio térmico com o ambiente, ou seja, têm a mesma temperatura. A sensação de que o alumínio é mais frio vem do tato, que não mede temperatura: ele percebe a rapidez com que o calor sai da mão. O alumínio é bom condutor e retira calor da pele mais depressa, o que dá a impressão de frio.

O mesmo raciocínio vale para o gelo:

  1. Para o gelo derreter, ele precisa receber calor da bandeja.
  2. A taxa de transferência de calor por condução depende da condutividade térmica do material: \Phi = \dfrac{k\,A\,\Delta T}{L}.
  3. Com a mesma temperatura ambiente e a mesma geometria, a diferença está apenas em k. O alumínio tem k muito maior que o plástico.
  4. Logo, o alumínio fornece calor ao gelo mais rapidamente, e o gelo derrete mais depressa nele.

Capacidade térmica e calor específico dizem quanto calor o corpo precisa para variar a temperatura, não a rapidez com que ele conduz calor. Por isso não explicam a diferença observada.

Alternativa A.

Pegadinha: A alternativa B engana quem confia no tato e acha que o plástico está mais quente; na verdade as temperaturas são iguais e o que muda é a condutividade térmica.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • Bas bandejas estão em equilíbrio com o ambiente, logo têm a mesma temperatura inicial; o plástico não está mais quente.
  • Co derretimento mais rápido é no alumínio, e a capacidade térmica não determina a rapidez da condução de calor.
  • Da conclusão está certa, mas a justificativa é errada: o calor específico não define a taxa de condução, e sim a condutividade térmica.
  • Eas temperaturas são iguais, mas a taxa de derretimento depende da condutividade, que é diferente entre os materiais.

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

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