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

Questão 1

Uma matéria publicada na revista científica Science descreveu uma descoberta curiosa sobre mariposas que habitam regiões de alta altitude no hemisfério norte: durante as noites frias, elas são capazes de manter seus músculos do voo aquecidos a temperaturas muito acima da do ar ao redor. Pesquisadores identificaram que esse aquecimento não se dá por nenhum processo que exija contato físico direto com outra fonte quente — as mariposas ficam suspensas no ar, longe de qualquer superfície sólida. O músculo do voo vibra e libera energia térmica que, em vez de depender de colisões moleculares entre superfícies adjacentes ou de correntes de fluido quente subindo, é irradiada diretamente pelo corpo do inseto para o ambiente. Com base nessas informações, qual dos três mecanismos de propagação de calor é descrito como o processo que NÃO opera quando as mariposas perdem calor para o ar frio ao seu redor?

Gabarito: B. Os três mecanismos de propagação de calor são: (1) condução — por contato físico entre sólidos; (2) convecção — pelo transporte de fluido (líquido ou gás) aquecido; (3) irradiação — por ondas eletromagnéticas (infravermelho), o único que não precisa de meio material. O Sol aquece a Terra por irradiação através do vácuo do espaço.

Questão 2

Em uma visita técnica a uma linha ferroviária do interior do Paraná, estudantes de ensino médio técnico de uma escola de engenharia observaram que os trilhos de aço não são soldados continuamente, mas apresentam pequenas folgas entre seus segmentos. O técnico responsável pela manutenção explicou que essas folgas são essenciais para a segurança da linha: sem elas, em dias de calor intenso, os trilhos se tocariam, e a pressão gerada pelas expansões poderia entortar a via, causando descarrilamentos. Ele completou dizendo que o fenômeno ocorre porque o aço, como todos os sólidos, tem seus átomos em vibração e, ao receber energia térmica, aumenta o espaçamento médio entre eles, o que resulta em aumento macroscópico das dimensões do material. Com base na explicação do técnico, qual é o nome do fenômeno físico responsável pela necessidade das folgas nos trilhos?

Gabarito: B. A dilatação térmica linear de sólidos é proporcional ao comprimento inicial, ao coeficiente de dilatação linear do material e à variação de temperatura. O aço tem coeficiente de dilatação linear de aproximadamente 12 × 10⁻⁶ /°C — um trilho de 100 m que aqueça 30 °C se dilata cerca de 3,6 cm, exigindo uma folga de pelo menos esse valor para não dobrar.

Questão 3

Em um experimento realizado em sala de aula por uma professora de ciências de uma escola pública de Minas Gerais, estudantes monitoraram, com um termômetro digital, a temperatura de uma mistura de gelo e água em um copo bem isolado termicamente, enquanto aqueciam a mistura com uma fonte de calor controlada. Os estudantes observaram que a temperatura permanecia estável em 0 °C durante um longo período, mesmo com a fonte de calor ligada. Somente depois que todo o gelo havia se fundido é que a temperatura começou a subir acima de 0 °C. A professora perguntou: 'Para onde foi o calor fornecido pela fonte durante o tempo em que a temperatura não subia?' Com base no conceito de calor latente, qual é a resposta correta?

Gabarito: C. O calor latente é a energia trocada em uma mudança de estado a temperatura constante. Para a água, o calor latente de fusão é 80 cal/g (ou 334 J/g) — muito maior que o calor necessário para aquecer a água 1 °C (1 cal/g). Por isso, o gelo é usado para resfriar bebidas: ele absorve calor sem esquentar até se fundir completamente.