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:
A) igual no aquecimento e igual no resfriamento.
B) maior no aquecimento e igual no resfriamento.
C) menor no aquecimento e igual no resfriamento.
D) maior no aquecimento e menor no resfriamento.
E) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Termologia (transferência de calor, absorção e emissão de radiação térmica)
📝 Tema/Objetivo Geral:
Investigar a influência da cor da superfície na absorção e emissão de calor por radiação, em um experimento com garrafas PET expostas a uma fonte luminosa.
📊 Nível da Questão:
Fácil — exige conhecimento direto sobre o comportamento térmico de superfícies escuras e claras em relação à radiação.
🎯 Gabarito:
E) maior no aquecimento e maior no resfriamento
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
🌡️ O enunciado descreve um experimento com duas garrafas PET — uma preta e outra branca — expostas à radiação de uma lâmpada incandescente, com monitoramento da temperatura antes, durante e após o aquecimento.
🔎 O que está sendo pedido?
Comparar a taxa de variação da temperatura da garrafa preta em relação à branca, durante o aquecimento e durante o resfriamento.
🎯 Objetivo cristalino:
Reconhecer que superfícies escuras (pretas) absorvem e também emitem radiação térmica com mais eficiência do que superfícies claras (brancas), influenciando tanto no aquecimento quanto no resfriamento.
🧠 Dúvida comum:
“Se a preta esquenta mais rápido, ela não deveria demorar mais para esfriar?”
❌ Na verdade, o mesmo princípio se aplica: quanto mais um corpo absorve radiação, mais ele também irradia — a garrafa preta esquenta mais rápido e também esfria mais rapidamente que a branca.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Absorção e emissão de calor por radiação dependem da cor e da natureza da superfície:
- Superfícies pretas e foscas são boas absorvedoras e boas emissoras de radiação térmica.
- Superfícies brancas e brilhantes são maus absorvedores e maus emissores de radiação.
🔆 Durante o aquecimento:
- A garrafa preta absorve mais energia da lâmpada, aumentando sua temperatura mais rapidamente.
❄️ Durante o resfriamento:
- A garrafa preta também perde calor mais rapidamente por radiação.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📋 Durante o experimento:
- Lâmpada acesa:
- A garrafa preta, por absorver melhor a radiação, aquece mais rapidamente que a branca.
- Lâmpada apagada:
- As duas garrafas se resfriam até a temperatura ambiente.
- A preta, por ser melhor emissora, também esfria mais rápido.
📈 Isso indica que a variação de temperatura da garrafa preta é maior nos dois processos.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 Não há cálculos numéricos, mas o raciocínio segue:
- A taxa de aquecimento depende da eficiência da absorção de energia radiante.
- A taxa de resfriamento depende da eficiência da emissão de radiação térmica.
🟢 Como a garrafa preta tem maior absorção e maior emissão, sua taxa de variação de temperatura é maior nos dois casos.
Passo 5: Análise das Alternativas
A) igual no aquecimento e igual no resfriamento
❌ Incorreta — as taxas são diferentes devido à diferença de absorção e emissão entre as cores.
B) maior no aquecimento e igual no resfriamento
❌ Incorreta — embora aqueça mais rápido, a preta também resfria mais rápido, pois emite mais radiação.
C) menor no aquecimento e igual no resfriamento
❌ Incorreta — a preta aumenta a temperatura mais rapidamente, então sua taxa de aquecimento é maior.
D) maior no aquecimento e menor no resfriamento
❌ Incorreta — essa opção contradiz o fato de que a preta também resfria mais rápido, não mais devagar.
E) maior no aquecimento e maior no resfriamento
✅ Correta — exatamente o comportamento das superfícies escuras: eficientes tanto para absorver quanto para emitir calor.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
⚫ A garrafa preta aquece mais rapidamente porque absorve mais radiação da lâmpada. Quando a fonte é desligada, ela também esfria mais rapidamente por emitir mais radiação térmica. Já a garrafa branca tem desempenho inferior nesses dois aspectos.
✅ Gabarito confirmado: alternativa E
🔍 Resumo Final:
Superfícies pretas absorvem e emitem radiação com mais eficiência que as brancas. Por isso, durante o experimento, a garrafa preta apresentou maior variação de temperatura tanto no aquecimento quanto no resfriamento.
