Questão 128 do ENEM 2020

Question

Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26 °C a 28 °C), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4{,}0\text{ kJ kg}^{-1}\text{ K}^{-1} e a densidade 1\text{ kg L}^{-1}.

Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?

A
4{,}0\ ^\circ\text{C}
B
3{,}6\ ^\circ\text{C}
C
0{,}9\ ^\circ\text{C}
D
0{,}6\ ^\circ\text{C}
E
0{,}3\ ^\circ\text{C}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 128 do ENEM 2020

2º dia · Ciências da Natureza · H6 · Física: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor

Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26 °C a 28 °C), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4{,}0\text{ kJ kg}^{-1}\text{ K}^{-1} e a densidade 1\text{ kg L}^{-1}.

Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?

A
4{,}0\ ^\circ\text{C}
B
3{,}6\ ^\circ\text{C}
C
0{,}9\ ^\circ\text{C}
D
0{,}6\ ^\circ\text{C}
E
0{,}3\ ^\circ\text{C}

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Resolução comentada

A ideia central é que o aquecedor de 50 W foi dimensionado para repor exatamente o calor que o aquário perde para o ambiente. Então, com o aquecedor desligado, a água perde calor à taxa de 50 W, ou seja, 50 J a cada segundo.

Massa de água: com densidade de 1\ \text{kg/L}, os 50 L têm m = 50\ \text{kg}.
Energia perdida em 1 h (3600\ \text{s}):

Q = P\cdot t = 50 \cdot 3600 = 180\,000\ \text{J} = 180\ \text{kJ}
Relação entre calor e temperatura, Q = m\,c\,\Delta T:

\Delta T = \frac{Q}{m\,c} = \frac{180}{50 \cdot 4{,}0} = \frac{180}{200} = 0{,}9\ \text{K}

Como uma variação de 1 K equivale a uma variação de 1 °C, a temperatura cai cerca de 0{,}9\ ^\circ\text{C} em 1 hora.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa B engana quem esquece o calor específico e divide a energia só pela massa (180/50 = 3,6); a A surge de esquecer a massa.

Por que as outras alternativas estão erradas

AIgnora a massa de 50 kg e divide 180 kJ apenas por c = 4,0, ou seja, esquece de dividir pela massa de água.
BUsa 50 W por 3600 s mas erra a conta, dividindo por 50 sem usar o calor específico (180/50 = 3,6).
DNão corresponde à conta correta; seria obtido com um tempo de cerca de 40 min ou erro de arredondamento.
ECorresponde a cerca de um terço do valor real, de um erro de tempo ou de potência, sem base no cálculo.

Assuntos: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor, Potência e rendimento.

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