Questão 073 caderno branco ENEM 2014 3ª Aplicação 1° Dia

O aquecimento de água em residências com o uso de energia solar é uma alternativa ao uso de outras fontes de energia. A radiação solar, ao incidir nas placas, promove o aquecimento da água. O cobre é um dos materiais empregados na produção dos tubos que conduzem a água nos coletores solares. Outros materiais poderiam também ser empregados.

   A tabela a seguir apresenta algumas propriedades de metais que poderiam substituir o cobre:

De acordo com as propriedades dos metais listadas na tabela, o melhor metal para substituir o cobre seria o

a) alumínio.

b) chumbo.

c) ferro.

d) níquel.

e) zinco.

✍ Resolução Em Texto

Matérias Necessárias para a Solução da Questão

  • Física (Termologia: Condução de Calor)
  • Química (Propriedades dos Materiais)
  • Interpretação de Dados e Tabelas

Tema/Objetivo Geral:
Analisar uma tabela de propriedades Físico-Químicas para selecionar o material mais eficiente para a transferência de calor em um coletor solar.

Nível da Questão: Fácil. 

  • A questão se resume a uma interpretação direta de dados. Uma vez que o objetivo do aparelho (transferir calor) é compreendido, basta identificar a propriedade física correspondente na tabela e encontrar o metal com o valor mais vantajoso. Não há cálculos complexos ou conceitos ambíguos envolvidos.

Gabarito: A. 

  • O alumínio possui a maior condutividade térmica entre as opções, o que o torna o material mais eficiente para transferir o calor da radiação solar para a água.

1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)

Decodificação do Objetivo: A missão é simples: com base nos dados da tabela, temos que escolher o melhor metal para construir os tubos de um aquecedor solar de água.

Simplificação Radical (A Analogia Central): Pense em uma frigideira. Para cozinhar um ovo rapidamente, você quer uma frigideira que puxe o calor do fogo e o entregue ao ovo da forma mais rápida e eficiente possível. A questão nos pede para escolher o “metal da melhor frigideira” para aquecer a água. O metal precisa ser um excelente “entregador” de calor.

Plano de Ataque (O Roteiro da Investigação): Nosso plano será o seguinte:

  • Entender a Função: Primeiro, vamos definir qual é o trabalho principal do metal nos tubos do aquecedor solar. A resposta é: transferir calor.
  • Identificar a Ferramenta Certa: Vamos analisar as três propriedades na tabela (Calor de fusão, Condutividade térmica, Capacidade calorífica) e decidir qual delas mede a habilidade de “transferir calor”.
  • Comparar os Suspeitos: Com a ferramenta certa em mãos, vamos comparar os valores de cada metal na tabela.
  • Eleger o Campeão: O metal com o melhor desempenho na propriedade mais importante será a nossa resposta.

2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)

Para escolher o melhor material, precisamos entender o que cada propriedade da tabela significa no nosso contexto. Vamos criar um “Dossiê das Propriedades”:

Dossiê de Propriedades Térmicas

  • Propriedade: Condutividade Térmica (W/(m·K))
    • O que é? É a capacidade de um material de conduzir calor. Pense nela como a “superestrada do calor”.
    • Para o Aquecedor Solar: QUANTO MAIOR, MELHOR. Queremos que o calor viaje rapidamente do exterior do tubo para a água em seu interior.
  • Propriedade: Capacidade Calorífica (J/(mol·K))
    • O que é? É a quantidade de calor que um material precisa absorver para aumentar sua temperatura. Pense nela como a “esponja de calor”.
    • Para o Aquecedor Solar: QUANTO MENOR, MELHOR. Um material com baixa capacidade calorífica se aquece rapidamente, transferindo a energia para a água em vez de “guardá-la” para si.
  • Propriedade: Calor de Fusão (kJ/mol)
    • O que é? É a energia necessária para derreter o material, ou seja, para passar do estado sólido para o líquido. Pense nela como a “armadura contra o derretimento”.
    • Para o Aquecedor Solar: QUANTO MAIOR, MELHOR, por segurança. Obviamente, não queremos que os tubos derretam. No entanto, para a eficiência do aquecimento, essa não é a propriedade principal.

3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)

Seguindo nosso plano, a função principal é transferir calor. A propriedade que mede isso é a Condutividade Térmica.

Vamos executar a investigação, focando na segunda linha da tabela:

  • Alumínio: 237 W/(m·K)
  • Chumbo: 35 W/(m·K)
  • Ferro: 80 W/(m·K)
  • Níquel: 91 W/(m·K)
  • Zinco: 116 W/(m·K)

A análise dos dados é avassaladora. O Alumínio tem uma condutividade térmica mais que o dobro do segundo colocado (Zinco) e quase sete vezes maior que a do Chumbo.

🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO! O erro mais comum aqui é se distrair com as outras propriedades. Um candidato poderia olhar para o Níquel e pensar: “Nossa, 17,5 kJ/mol de calor de fusão, é o mais resistente!”, ou olhar para o Chumbo com sua alta capacidade calorífica. Essas propriedades são importantes em outros contextos, mas para a eficiência de aquecimento de água, a condutividade térmica é a protagonista absoluta. A pergunta é sobre o melhor metal para a função, e a função é aquecer.

  • A Bússola (O Perfil do Culpado):
    • Síntese do raciocínio: Para um aquecedor solar ser eficiente, o material de seus tubos deve ser um excelente condutor de calor. Portanto, a escolha ideal recai sobre o metal com o maior valor de condutividade térmica.
    • Expectativa: A alternativa correta deve apontar para o metal que lidera disparado na linha de “Condutividade térmica” da tabela.

4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)

a) alumínio.

  • Análise de Correspondência: Esta alternativa se encaixa perfeitamente na nossa “Expectativa”. O Alumínio tem o valor de condutividade térmica (237) esmagadoramente superior a todos os outros, tornando-o o melhor “entregador de calor” para a água. Adicionalmente, ele possui a menor capacidade calorífica (24,2), o que significa que ele mesmo se aquece com facilidade, um bônus para a eficiência.
  • Conclusão: ✔️ Alternativa correta.

b) chumbo.

  • A “Narrativa do Erro”: O candidato pode se confundir com as unidades ou simplesmente não saber qual propriedade é a mais importante, escolhendo de forma aleatória.
  • O “Diagnóstico do Erro”: Foco em Critério Irrelevante (ou Incorreto). O chumbo tem a pior condutividade térmica da lista (35), sendo a escolha menos eficiente para a tarefa. Seria uma “frigideira” péssima.
  • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

c) ferro.

  • A “Narrativa do Erro”: O ferro é um metal muito comum e robusto, o que pode levar o candidato a escolhê-lo por familiaridade.
  • O “Diagnóstico do Erro”: Generalização Indevida. Embora seja útil para muitas coisas, sua condutividade térmica (80) é quase três vezes inferior à do alumínio, tornando-o uma opção medíocre para esta aplicação específica.
  • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

d) níquel.

  • A “Narrativa do Erro”: O candidato pode se sentir atraído pelo maior valor na tabela, que pertence ao níquel na linha “Calor de fusão” (17,5), pensando que a resistência ao derretimento é o fator mais crítico.
  • O “Diagnóstico do Erro”: Foco em Critério Secundário. Como vimos na “Armadilha Clássica”, a resistência ao derretimento é importante, mas não define a eficiência do aquecimento. A condutividade do níquel (91) é fraca em comparação com a do alumínio.
  • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

e) zinco.

  • A “Narrativa do Erro”: O zinco é o segundo melhor condutor da lista. Em uma questão sem o alumínio, ele poderia ser uma resposta.
  • O “Diagnóstico do Erro”: Escolha da Segunda Melhor Opção. A questão pede o melhor metal. Embora a condutividade do zinco (116) seja razoável, ela não chega nem perto da do alumínio (237).
  • Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.

5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)

  • Frase de Fechamento: Confirmamos que a alternativa A é a correta, pois a eficiência de um aquecedor solar depende diretamente da “via expressa” para o calor, e o alumínio oferece a pista mais rápida e larga: a maior condutividade térmica.
  • Resumo-flash (A Imagem Mental): Para aquecer algo rápido, escolha a “via expressa” do calor (alta condutividade), não o “congestionamento” (baixa condutividade).
  • 🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro): O mesmo princípio é vital na engenharia de computadores. Os processadores (CPUs e GPUs) geram uma quantidade imensa de calor em uma área minúscula. Para evitar que eles superaqueçam e queimem, são acoplados a “dissipadores de calor” (heatsinks), que são peças de metal (quase sempre alumínio ou cobre) projetadas para “puxar” o calor do processador e dissipá-lo no ar, geralmente com a ajuda de uma ventoinha. A escolha do material do dissipador é guiada exatamente pela mesma propriedade: a mais alta condutividade térmica possível para mover o calor destrutivo para longe do componente eletrônico sensível. A física é a mesma, seja para aquecer água com o sol ou para resfriar o cérebro do seu computador.

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