ENEM 2017 libras
É muito comum encostarmos a mão na maçaneta de uma porta e termos a sensação de que ela está mais fria que o ambiente. Um fato semelhante pode ser observado se colocarmos uma faca metálica com cabo de madeira dentro de um refrigerador. Após longo tempo, ao encostarmos uma das mãos na parte metálica e a outra na parte de madeira, sentimos a parte metálica mais fria.
Fisicamente, a sensação térmica mencionada é explicada da seguinte forma:
A madeira é um bom fornecedor de calor e o metal, um bom absorvedor.
O metal absorve mais temperatura que a madeira.
O fluxo de calor é maior no metal que na madeira.
A madeira retém mais calor que o metal.
O metal retém mais frio que a madeira.
Resolução
A questão aborda a diferença na sensação térmica que temos ao tocar materiais diferentes (metal e madeira) que estão em equilíbrio térmico com o ambiente (mesma temperatura). A chave para entender isso está nos conceitos de equilíbrio térmico, transferência de calor e condutividade térmica.
1. Equilíbrio Térmico: Quando objetos ficam no mesmo ambiente por um longo tempo (como a maçaneta na sala ou a faca no refrigerador), eles trocam calor com o ambiente e entre si até atingirem a mesma temperatura. Portanto, tanto a parte metálica quanto a parte de madeira da faca (ou a maçaneta e a porta) estão à mesma temperatura.
2. Transferência de Calor e Sensação Térmica: Nossa sensação de "frio" ou "quente" ao tocar um objeto não depende apenas da temperatura do objeto, mas principalmente da taxa com que o calor é transferido entre nossa mão e o objeto. Nossa mão está geralmente a uma temperatura corporal (~36.5 °C), que é mais alta que a temperatura ambiente ou a do refrigerador. Ao tocar um objeto mais frio, o calor flui da nossa mão para o objeto.
3. Condutividade Térmica: Os materiais diferem em sua capacidade de conduzir calor. Essa propriedade é chamada de condutividade térmica.
- Metais: São bons condutores térmicos. Isso significa que eles permitem que o calor flua através deles rapidamente.
- Madeira: É um mau condutor térmico (isolante térmico). Isso significa que ela dificulta a passagem do calor.
4. Explicação da Sensação:
- Ao tocar o metal (que está mais frio que a mão, mas à mesma temperatura da madeira), o calor flui rapidamente da mão para o metal devido à alta condutividade térmica do metal. Essa rápida perda de calor pela nossa mão causa a sensação intensa de frio.
- Ao tocar a madeira (que está à mesma temperatura do metal), o calor flui lentamente da mão para a madeira devido à baixa condutividade térmica da madeira. Essa lenta perda de calor faz com que a madeira pareça menos fria (ou até "mais quente") em comparação com o metal.
Conclusão: A diferença na sensação térmica ocorre porque o fluxo de calor (a quantidade de calor transferida por unidade de tempo) é maior da mão para o metal do que da mão para a madeira, devido à maior condutividade térmica do metal.
Analisando as alternativas:
- A: Incorreta. Madeira é isolante (mau condutor), não bom fornecedor de calor.
- B: Incorreta. Temperatura não é "absorvida". Ambos estão na mesma temperatura.
- C: Correta. O fluxo de calor (taxa de transferência de calor) é maior no metal devido à sua alta condutividade térmica.
- D: Incorreta. Madeira é isolante, o que significa que *resiste* ao fluxo de calor, não que "retém mais calor" no sentido de ter maior capacidade térmica necessariamente, ou de estar mais quente.
- E: Incorreta. Frio não é uma substância a ser retida. A sensação de frio está relacionada à taxa de perda de calor.
Portanto, a explicação física correta é que o fluxo de calor é maior no metal do que na madeira.
Dicas
Erros Comuns
Para resolver esta questão, é importante revisar os seguintes conceitos de Termologia:
- Temperatura: Medida do grau de agitação térmica das partículas de um corpo. Corpos em contato térmico tendem a atingir a mesma temperatura.
- Calor: Energia térmica transferida entre corpos devido a uma diferença de temperatura. O calor sempre flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
- Equilíbrio Térmico: Estado em que dois ou more corpos em contato (ou no mesmo ambiente) atingem a mesma temperatura, cessando a transferência líquida de calor entre eles.
- Condução Térmica: Processo de transferência de calor através de um material, sem transporte de matéria, devido à agitação molecular.
- Condutividade Térmica (k): Propriedade específica de cada material que mede sua capacidade de conduzir calor. Materiais com alta condutividade (como metais) transferem calor rapidamente, enquanto materiais com baixa condutividade (como madeira, isopor) são isolantes térmicos.
- Fluxo de Calor (Φ): A taxa com que o calor é transferido (quantidade de calor por unidade de tempo). Na condução, depende da condutividade térmica do material, da área de contato, da diferença de temperatura e da espessura do material. Φ = k * A * ΔT / L.
- Sensação Térmica: A percepção humana de quão quente ou frio um objeto está. É influenciada principalmente pela taxa de fluxo de calor entre a pele e o objeto.
Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
