Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz solar no foco de uma lente e queria verificar de que maneira os raios coloridos contribuem para o aquecimento. Para isso, ele projetou sobre um anteparo o espectro solar obtido com um prisma, colocou termômetros nas diversas faixas de cores e verificou nos dados obtidos que um dos termômetros iluminados indicou um aumento de temperatura maior para uma determinada faixa de frequências.
SAYURI, M.; GASPAR, M. B. Infravermelho na sala de aula.
Disponível em: www.cienciamao.usp.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado).
Para verificar a hipótese de Herschel, um estudante montou o dispositivo apresentado na figura. Nesse aparato, cinco recipientes contendo água, à mesma temperatura inicial, e separados por um material isolante térmico e refletor são posicionados lado a lado (A, B, C, D e E) no interior de uma caixa de material isolante térmico e opaco. A luz solar, ao entrar na caixa, atravessa o prisma e incide sobre os recipientes. O estudante aguarda até que ocorra o aumento da temperatura e a afere em cada recipiente.
Em qual dos recipientes a água terá maior temperatura ao final do experimento?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução
- Óptica (dispersão da luz)
- Espectro eletromagnético
Nível da Questão
Fácil
Gabarito
Alternativa A: Recipiente A, Vermelho.
Resolução Passo a Passo
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O comando solicita determinar em qual dos recipientes com água a temperatura será maior ao final do experimento descrito.
- O estudante quer verificar a hipótese de Herschel sobre os diferentes efeitos de aquecimento das cores do espectro solar decomposto.
- A luz solar atravessa o prisma, sendo dividida em diferentes cores, que correspondem a diferentes comprimentos de onda.
- Cada recipiente é iluminado por uma faixa do espectro de luz (vermelho até violeta).
Palavras-chave: “espectro solar”, “radiação”, “temperatura”, “recipientes”, “prisma”.
Objetivo: Identificar o recipiente com maior temperatura, considerando a interação entre a luz visível e a radiação infravermelha.
⚠️Dica Geral – Óptica –>No ENEM, é muito comum cair questões teóricas sobre o espectro eletromagnético e, especificamente, sobre a classificação das ondas eletromagnéticas de acordo com sua frequência. É essencial que o estudante compreenda não apenas a classificação das ondas, mas também as aplicações práticas de cada faixa do espectro, como a transmissão de calor, a luz visível e os efeitos das radiações sobre a saúde. Aqui está uma forma de organizar essas informações para responder com clareza às questões.
Infravermelho: Ondas com frequência maior que micro-ondas. Aplicação: Transmissão de calor (como no forno de micro-ondas e câmeras térmicas).
Luz visível: Faixa que conseguimos ver, de vermelho a violeta. Aplicação: Visão humana, iluminação.
Ultravioleta (UV): Ondas com frequência maior que a luz visível.
Subdividido em:
UVA: Bronzeado, envelhecimento da pele.
UVB: Queima da pele, pode causar câncer de pele.
Passo 2: Tradução e Interpretação do Texto
Herschel, ao decompor a luz solar, descobriu que além da luz visível há uma radiação invisível (infravermelha) que aquece mais os objetos.
- No experimento, os recipientes recebem luz de diferentes comprimentos de onda.
- A faixa vermelha está mais próxima da radiação infravermelha, enquanto as faixas azul e violeta estão mais distantes.
- A radiação infravermelha é responsável pelo maior aquecimento.
Frases-chave:
- “Luz solar decomposta” → luz branca dividida pelo prisma.
- “Radiação infravermelha” → radiação além do vermelho, associada ao calor.
Passo 3: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
–> Dispersão da luz: A luz branca é composta por diversas cores, separadas ao passar pelo prisma devido à diferença de refração entre os comprimentos de onda.
–> Radiação infravermelha: Fica além do vermelho no espectro e não é visível. É responsável pelo transporte de calor.
–> Efeito de aquecimento: A radiação infravermelha aquece mais os objetos em comparação às outras faixas do espectro visível.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
–> O prisma separa a luz solar em cores (vermelho ao violeta).
–> Cada recipiente recebe uma faixa do espectro visível:
- A: mais próximo ao vermelho e radiação infravermelha.
- E: mais próximo ao violeta.
–> A radiação infravermelha, associada ao vermelho, tem maior capacidade de aquecer os materiais devido ao transporte de energia térmica.
–> O recipiente A, sendo o mais próximo da faixa vermelha e da radiação infravermelha, terá a maior temperatura ao final.
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
A) A: Correta. O recipiente A, na faixa vermelha, é o mais próximo da radiação infravermelha, que aquece mais.
B) B: Errada. Embora próximo ao vermelho, está mais distante da radiação infravermelha que o recipiente A.
C) C: Errada. Está em uma faixa intermediária, com menor capacidade de aquecimento.
D) D: Errada. Próxima ao azul, está mais distante do infravermelho, com menor capacidade de aquecimento.
E) E: Errada. Na faixa violeta, distante do infravermelho, apresenta menor efeito térmico.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
O recipiente A será o mais aquecido, pois está mais próximo da faixa vermelha e da radiação infravermelha, responsável pelo maior transporte de calor. As faixas mais distantes (como violeta) têm menor efeito térmico, resultando em temperaturas menores nos recipientes correspondentes.
