ENEM 2013
Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.
A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi
igual no aquecimento e igual no resfriamento.
maior no aquecimento e igual no resfriamento.
menor no aquecimento e igual no resfriamento.
maior no aquecimento e menor no resfriamento.
maior no aquecimento e maior no resfriamento.
Resolução
A questão descreve um experimento comparando o aquecimento e resfriamento de duas garrafas PET idênticas, exceto pela cor (uma branca e uma preta), quando expostas a uma lâmpada incandescente e, posteriormente, deixadas esfriar.
1. Análise da Fase de Aquecimento (Lâmpada Acesa):
- A lâmpada incandescente emite energia na forma de luz e calor (radiação térmica).
- As superfícies interagem com essa radiação. Superfícies pretas são excelentes absorvedoras de radiação, enquanto superfícies brancas são boas refletoras (e, portanto, más absorvedoras).
- Como a garrafa preta absorve muito mais radiação térmica vinda da lâmpada do que a garrafa branca, sua temperatura aumentará mais rapidamente.
- Portanto, a taxa de variação da temperatura (taxa de aquecimento) da garrafa preta é maior que a da garrafa branca.
2. Análise da Fase de Resfriamento (Lâmpada Apagada):
- Após desligar a lâmpada, as garrafas estão mais quentes que o ambiente e começam a perder calor para ele, principalmente por radiação térmica (além de convecção e condução, mas a emissividade da superfície é chave aqui).
- A capacidade de um corpo emitir radiação térmica está diretamente relacionada à sua capacidade de absorver radiação (Lei de Kirchhoff da Radiação Térmica). Bons absorvedores são também bons emissores.
- Como a garrafa preta é uma excelente absorvedora, ela também é uma excelente emissora de radiação térmica. A garrafa branca, sendo má absorvedora, é também má emissora.
- Assim, a garrafa preta perde calor para o ambiente mais rapidamente do que a garrafa branca.
- Portanto, a taxa de variação da temperatura (taxa de resfriamento) da garrafa preta é maior (em módulo) que a da garrafa branca. Ela esfria mais rápido.
Conclusão:
Comparando a taxa de variação da temperatura da garrafa preta com a da branca:
- No aquecimento: a taxa da preta é maior.
- No resfriamento: a taxa da preta é maior.
Isso corresponde à alternativa E.
Dicas
Erros Comuns
Transferência de Calor por Radiação:
É a transferência de energia por meio de ondas eletromagnéticas (como a luz visível e o infravermelho). Não necessita de um meio material para ocorrer (ocorre no vácuo).
Absorção e Reflexão:
Quando a radiação incide sobre uma superfície, parte pode ser absorvida (convertida em energia interna, aumentando a temperatura), parte refletida e parte transmitida. A cor da superfície influencia muito esses processos.
- Superfícies escuras/pretas: Absorvem a maior parte da radiação incidente e refletem pouco.
- Superfícies claras/brancas: Refletem a maior parte da radiação incidente e absorvem pouco.
Emissão:
Todo corpo com temperatura acima do zero absoluto emite radiação térmica. A taxa de emissão depende da temperatura do corpo e das características de sua superfície (emissividade).
Lei de Kirchhoff da Radiação Térmica:
Para uma dada temperatura e comprimento de onda, a emissividade de uma superfície é igual à sua absortividade. Em termos simples: bons absorvedores de radiação são também bons emissores. Portanto, superfícies pretas emitem radiação mais eficientemente que superfícies brancas à mesma temperatura.
Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos, ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais.
