Termologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor) no ENEM

Questão 1

Em uma pesquisa escolar sobre conservação de alimentos, estudantes investigam quanta energia é preciso fornecer para derreter o gelo usado em uma caixa térmica. Eles relembram que, durante uma mudança de estado, a temperatura permanece constante e o calor trocado é chamado calor latente, calculado por Q = m · L, em que m é a massa e L é o calor latente da transformação. Para a fusão do gelo a zero grau Celsius, o calor latente de fusão da água vale 80 calorias por grama. No experimento, os estudantes colocam exatamente 50 gramas de gelo, já a zero grau Celsius, e medem o calor necessário para transformá-lo totalmente em água líquida, ainda a zero grau Celsius, sem qualquer aumento de temperatura. Considerando o calor latente de fusão e a massa de gelo utilizada, qual é a quantidade de calor que deve ser fornecida para derreter completamente esse gelo?

Gabarito: D. Durante uma mudança de estado, o calor recebido rompe ligações entre as partículas em vez de aumentar a temperatura, por isso ela fica constante. Esse calor latente (Q = m·L) explica por que o gelo mantém bebidas geladas: ele absorve energia ao derreter sem esquentar de imediato.

Questão 2

Em uma atividade de educação científica sobre o cotidiano, professores discutem as três formas de propagação do calor usando exemplos da cozinha. Na condução, o calor passa de partícula a partícula através de um material, sem que haja transporte de matéria, o que ocorre tipicamente em sólidos como a colher de metal deixada na panela. Na convecção, o calor é transportado pelo movimento do próprio fluido, em que porções mais quentes e menos densas sobem enquanto as mais frias descem, formando correntes, como na água que ferve. Na irradiação, o calor se propaga por ondas eletromagnéticas e não precisa de meio material, sendo o modo pelo qual a energia do Sol chega à Terra através do vácuo do espaço. Considerando essas definições aplicadas ao cotidiano, qual associação entre fenômeno e forma de propagação está corretamente descrita?

Gabarito: C. Condução exige contato entre partículas e ocorre sobretudo em sólidos; convecção depende do movimento de fluidos e de diferenças de densidade; irradiação usa ondas eletromagnéticas e é a única que atravessa o vácuo. Reconhecer cada mecanismo ajuda a entender desde o aquecimento de alimentos até o clima do planeta.

Questão 3

Em um estudo sobre sustentabilidade energética, pesquisadores avaliam o rendimento de uma máquina térmica que opera entre uma fonte quente e uma fonte fria. Uma máquina térmica retira calor da fonte quente, converte parte dele em trabalho útil e rejeita o restante para a fonte fria, sem nunca aproveitar toda a energia recebida. O rendimento é a fração do calor da fonte quente que se transforma em trabalho e pode ser obtido por η = 1 − (Qf / Qq), em que Qf é o calor rejeitado para a fonte fria e Qq é o calor retirado da fonte quente. Em um ciclo analisado pela equipe, a máquina retira 500 joules da fonte quente e rejeita 300 joules para a fonte fria. Considerando essa definição de rendimento e os valores medidos durante o ciclo, qual é o rendimento dessa máquina térmica?

Gabarito: B. Nenhuma máquina térmica converte todo o calor em trabalho: parte é sempre rejeitada para a fonte fria, limitando o rendimento a menos de 100%. O rendimento mede a fração aproveitada (η = 1 − Qf/Qq) e orienta o projeto de motores e usinas mais eficientes e sustentáveis.