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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 115 do ENEM 2022

2º dia · Ciências da Natureza · H12 · Física: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor

A variação da incidência de radiação solar sobre a superfície da Terra resulta em uma variação de temperatura ao longo de um dia denominada amplitude térmica. Edificações e pavimentações realizadas nas áreas urbanas contribuem para alterar as amplitudes térmicas dessas regiões, em comparação com regiões que mantêm suas características naturais, com presença de vegetação e água, já que o calor específico do concreto é inferior ao da água. Assim, parte da avaliação do impacto ambiental que a presença de concreto proporciona às áreas urbanas consiste em considerar a substituição da área concretada por um mesmo volume de água e comparar as variações de temperatura devido à absorção da radiação solar nas duas situações (concretada e alagada). Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, essa avaliação pode ser realizada com os seguintes dados:

Densidade \left(\frac{\text{kg}}{\text{m}^3}\right) Calor específico \left(\frac{\text{J}}{\text{g }^\circ\text{C}}\right)
Água 1 000 4,2
Concreto 2 500 0,8

ROMERO, M. A. B. et al. Mudanças climáticas e ilhas de calor urbanas. Brasília: UnB; ETB, 2019 (adaptado).

A razão entre as variações de temperatura nas áreas concretada e alagada é mais próxima de

  1. A
    1,0.
  2. B
    2,1.
  3. C
    2,5.
  4. D
    5,3.
  5. E
    13,1.
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Resolução comentada

A radiação absorvida em cada situação é a mesma (mesma área, mesmo Sol, toda absorvida). Essa energia vira aquecimento: Q = m\,c\,\Delta T. Como Q e o volume V são iguais, comparamos os dois materiais.\n\nA massa vem da densidade: m = d\,V. Então Q = d\,V\,c\,\Delta T, e a variação de temperatura fica\n\n

\Delta T = \frac{Q}{d\,V\,c}
\n\nLogo, para Q e V iguais, \Delta T é inversamente proporcional ao produto d\cdot c.\n\nAtenção às unidades: o calor específico está em J/(g °C) e a densidade em kg/m³. Como a conversão de kg para g é a mesma nos dois materiais, ela se cancela na razão, e podemos usar os números da tabela diretamente.\n\n1. Água: d\,c = 1\,000 \times 4{,}2 = 4\,200.\n2. Concreto: d\,c = 2\,500 \times 0{,}8 = 2\,000.\n3. Razão:\n\n
\frac{\Delta T_{\text{concreto}}}{\Delta T_{\text{água}}} = \frac{(d\,c)_{\text{água}}}{(d\,c)_{\text{concreto}}} = \frac{4\,200}{2\,000} = 2{,}1
\n\nOu seja, a área concretada esquenta cerca de 2,1 vezes mais que a área alagada, o que explica a maior amplitude térmica nas cidades.\n\nAlternativa B.

Pegadinha: As alternativas C, D e E correspondem a usar só a densidade, só o calor específico ou multiplicar as razões, em vez de dividir o produto d·c da água pelo do concreto.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ASupõe que as variações de temperatura sejam iguais, ignorando densidade e calor específico.
  • CUsa só a razão das densidades (2500/1000), esquecendo o calor específico.
  • DUsa só a razão dos calores específicos (4,2/0,8 ≈ 5,3), esquecendo a densidade.
  • EMultiplica as razões em vez de compensar a densidade: 2,5 × 5,3 ≈ 13,1.

Assuntos: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor, Densidade e pressão.

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