EMESCAM 2022
Iberê lançou, em julho de 2021, um vídeo no YouTube denominado “A FÓRMULA SECRETA que deixou a NASA maluca!”. Nesse vídeo, ele e seu amigo Roberto “Pena” Spinelli reproduzem uma substância, utilizando ingredientes simples (amido de milho, bicarbonato, açúcar, farinha e água), que consegue suportar temperaturas altíssimas. Após a realização de alguns experimentos e a verificação de que a prática era segura, Iberê cobre parte da sua mão com essa substância e aponta um maçarico em direção a ela, conforme ilustrado na imagem (retirada do vídeo).
Após o término da experiência, Iberê e seu amigo Roberto apresentam duas observações:
1. A substância incha.
2. Parte da substância vira carvão (fica preta).
Posteriormente, eles levantam hipóteses para explicar como a substância, durante a sua queima, não transfere o calor da chama para a mão de Iberê:
I. Quando a substância incha, provavelmente pela ação do bicarbonato de sódio, cria-se uma parede de ar que distancia a chama da mão.
II. A substância se torna carvão devido à queima dos ingredientes utilizados. Mas o açúcar, em especial, ao caramelizar, cria uma grossa camada de proteção.
A redução na transferência de calor na hipótese
I ocorre por condução, pois o ar é um bom isolante térmico.
I ocorre por convecção, devido ao aumento da distância entre a chama e a mão protegida pela substância.
II ocorre por convecção, devido ao isolamento formado pela camada mais espessa.
II ocorre por radiação, já que o carvão é um material que impede a propagação de ondas eletromagnéticas.
Resolução
Passo 1 – Identificar o fenômeno descrito em cada hipótese
- Hipótese I: a substância incha e forma uma camada de ar entre a chama e a pele. Logo, há ar preso dentro da estrutura expandida.
- Hipótese II: forma-se uma crosta carbonizada (carvão) e uma camada caramelizada de açúcar.
Passo 2 – Relacionar com os três mecanismos de transferência de calor
- Condução: transferência de energia térmica por colisão de moléculas adjacentes. Sólidos e líquidos em contato direto; o ar é um mau condutor.
- Convecção: transporte de calor devido ao movimento macroscópico de um fluido (líquido ou gás) em grandes massas.
- Radiação: emissão/absorção de ondas eletromagnéticas (infravermelho).
Passo 3 – Analisar a Hipótese I
Como o bicarbonato faz a mistura “inflar”, cria-se uma parede de ar estático. Ar aprisionado (sem circulação) dificulta a passagem de calor por condução; não há circulação suficiente para caracterizar convecção significativa. Portanto, a redução da transferência de calor ocorre por condução.
Passo 4 – Analisar as demais alternativas
- Se o mecanismo fosse convecção, seria necessário movimento contínuo do ar quente ou frio, o que não é o caso quando o ar fica retido nos poros da mistura.
- A camada de carvão ou açúcar caramelizado forma um sólido; o principal bloqueio é, novamente, condução. Além disso, o carvão é escuro, bom emissor/absorvedor de radiação – não “impede” radiação.
Conclusão: a única alternativa coerente é a Alternativa A.
Dicas
Erros Comuns
Conceitos-chave
- Condução: fluxo de calor pelas partículas em contato direto. Metais conduzem bem; ar e isopor conduzem mal.
- Convecção: transporte de calor por movimentação de massa de um fluido (correntes de ar/água).
- Radiação térmica: calor transferido por ondas eletromagnéticas; pode ocorrer no vácuo.
- Isolante térmico: material que dificulta sobretudo a condução (ex.: ar aprisionado em espuma, lã de vidro, isopor).
