A transferência de calor por radiação pode ser observada realizando-se a experiência de colocar a mesma quantidade de água quente em dois copos metálicos com as mesmas características, sendo que a superfície externa de um deles é pintada de preto (copo 1), e a do outro é espelhada (copo 2). Sabe-se que todo material emite e absorve energia radiante e que bons emissores são também bons absorvedores dessa energia.
Ao se colocar um termômetro dentro de cada copo observa-se, após alguns minutos, que a temperatura da água
A) dos dois copos diminui igualmente.
B) do copo 1 diminui, e a do copo 2 permanece a mesma.
C) do copo 2 diminui, e a do copo 1 permanece a mesma.
D) do copo 1 diminui mais rapidamente do que a do copo 2.
E) do copo 2 diminui mais rapidamente do que a do copo 1
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Física (Termologia – Transferência de Calor por Radiação).
Nível da Questão: Médio
Gabarito: D (A água do copo preto esfria mais rápido do que a do copo espelhado).
Tema/Objetivo Geral (Opcional): Analisar como a cor (superfície) do recipiente influencia a taxa de perda de calor por radiação.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomar o Comando da Questão:
“Ao se colocar um termômetro dentro de cada copo observa-se, após alguns minutos, que a temperatura da água…?”
A questão descreve dois copos metálicos: um pintado de preto (copo 1) e outro espelhado (copo 2). Ambos contêm a mesma quantidade de água quente. Quer-se saber qual copo faz a água esfriar mais rapidamente.
🔹 Explicação Detalhada:
Devemos comparar a taxa de resfriamento da água em dois copos metálicos com superfícies externas diferentes: preto (bom emissor) e espelhado (mau emissor). A radiação térmica é o mecanismo principal envolvido.
📌 Identificação de Palavras-Chave:
- “Superfície preta”
- “Superfície espelhada”
- “Emissão de radiação térmica”
- “Taxa de resfriamento”
📌 Definição do Objetivo:
Verificar qual copo promove maior perda de calor (portanto, resfriamento mais rápido) via radiação.
→ Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos explicar os conceitos e conteúdos necessários.
Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
📌 Conceitos Teóricos Essenciais:
- Radiação Térmica: Todo corpo emite energia na forma de radiação, proporcional à sua temperatura e às características de sua superfície.
- Lei de Emissão: Superfícies pretas emitem (e absorvem) radiação mais intensamente; superfícies claras ou espelhadas refletem mais e emitem menos.
→ Com os conceitos estabelecidos, prossigamos para a interpretação do texto.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Análise do Contexto:
Dois copos metálicos idênticos, mas um é preto (melhor emissor de calor) e outro é espelhado (pior emissor). O texto questiona como a temperatura da água se comporta ao longo do tempo.
🔹 Identificação de Frases-chave:
- “O copo preto é pintado externamente.”
- “O copo espelhado é refletivo.”
📌 Relação com os Conteúdos:
A cor (superfície preta) facilita a perda de calor por radiação, enquanto a superfície espelhada dificulta essa perda.
→ Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio para a resolução completa.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Resolução Completa:
- Copo preto (bom emissor): Libera calor mais rapidamente por radiação, pois superfície escura irradia mais energia térmica.
- Copo espelhado (mau emissor): Dificulta a perda de calor por radiação, pois reflete grande parte da radiação e emite menos.
- Consequência: A água no copo preto esfria mais depressa do que a do copo espelhado, pois há maior emissão de radiação térmica.
→ Com o raciocínio desenvolvido, vamos analisar as alternativas apresentadas.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Reescrita das Alternativas:
A) As temperaturas diminuem igualmente.
B) A do copo 1 diminui; a do copo 2 não muda.
C) A do copo 2 diminui; a do copo 1 não muda.
D) A do copo 1 (preto) diminui mais rapidamente.
E) A do copo 2 (espelhado) diminui mais rapidamente.
✅ Justificativa da Alternativa Correta (D):
O copo preto (1) emite calor com maior intensidade, resfriando mais rápido.
❌ Análise das Alternativas Incorretas:
- A: Desconsidera a diferença na emissão.
- B/C: Impossível um dos copos manter a temperatura inalterada.
- E: Contrário ao comportamento esperado; o espelhado emite menos calor.
→ Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
A superfície preta é melhor emissora de radiação térmica, portanto a água em seu interior perde calor mais rapidamente do que no copo espelhado.
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
A resposta correta é D: “A temperatura do copo preto diminui mais rapidamente do que a do copo espelhado.”
🔍 Resumo Final:
As diferenças de cor e refletividade nas superfícies alteram a taxa de radiação térmica emitida. Superfícies pretas emitem mais calor, causando resfriamento mais rápido da água.
