Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.
O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá:
A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
B) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
C) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
D) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
E) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução
✔ Termodinâmica
✔ Transferência de calor (condução térmica, calor específico)
🔢 Nível da Questão
🔹 Médio – A questão exige conhecimento sobre sensação térmica e transferência de calor, conceitos que podem gerar confusão para quem não compreende bem a diferença entre temperatura e troca de calor.
✅ Gabarito
A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O enunciado apresenta dois fenômenos distintos:
1️⃣ Sensação térmica das bandejas – Os alunos percebem que a bandeja de alumínio está mais fria que a de plástico.
2️⃣ Experimento com gelo – Um cubo de gelo é colocado em cada bandeja, e o objetivo é determinar onde ele derrete mais rápido.
O que a questão quer saber?
✔ Qual bandeja faz o gelo derreter mais rápido e por quê.
Palavras-chave importantes:
✔ Condução térmica → Como o calor se transfere entre os materiais.
✔ Equilíbrio térmico → As bandejas já estão na temperatura ambiente, mas podem trocar calor de formas diferentes.
✔ Sensação térmica → Diferente da temperatura real de um objeto.
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Por que o alumínio parece mais frio ao toque?
Se você já tocou em um corrimão de metal num dia frio, deve ter sentido que ele parece estar mais gelado do que um objeto de madeira, mesmo que os dois estejam na mesma temperatura ambiente.
Isso acontece porque o metal é um excelente condutor térmico. Quando tocamos a bandeja de alumínio, ela absorve o calor da nossa mão muito mais rápido do que a bandeja de plástico. Como nossa mão perde calor rapidamente para o alumínio, temos a sensação de que ele está mais frio, mesmo estando na mesma temperatura que a de plástico.
Resumo:
✔ A temperatura das duas bandejas é a mesma.
✔ A diferença está na taxa de transferência de calor.
E com o gelo?
Agora, o calor vai na direção oposta: em vez de sair da nossa mão, ele precisa ir das bandejas para o gelo. O gelo começa a derreter porque recebe calor do ambiente.
✔ Se uma bandeja transfere calor mais rápido, o gelo sobre ela vai derreter mais rápido.
✔ O alumínio, por ser um ótimo condutor térmico, aquece o gelo mais rápido que o plástico.
Isso significa que, ao contrário do que parece no toque, a bandeja de alumínio transfere mais calor para o gelo, acelerando o derretimento.
✏ Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
Frases-chave do enunciado:
“A bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa.” → Essa é apenas sensação térmica, não temperatura real.
“Coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas.” → A questão agora quer saber onde o gelo derrete mais rápido.
“Em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior?” → O gelo derrete mais rápido onde recebe mais calor rapidamente.
O que podemos concluir?
✔ O alumínio transfere calor mais rápido, então o gelo derrete mais rápido na bandeja de alumínio.
🔍 Passo 4: Análise das Alternativas e Resolução
✔ A) Mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico. ✅ (Gabarito correto)
–> A condutividade térmica do alumínio é alta, então ele transfere calor para o gelo mais rápido.
✔ B) Mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio. ❌
🚫 As duas bandejas estão na mesma temperatura do ambiente. O plástico apenas parece mais quente ao toque.
✔ C) Mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio. ❌
🚫 A capacidade térmica está relacionada a quanto calor um material consegue armazenar, mas não determina a rapidez da troca de calor.
✔ D) Mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.❌
🚫 O calor específico indica quanta energia é necessária para aquecer uma substância, mas a rapidez na troca de calor depende da condutividade térmica.
✔ E) Com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura. ❌
🚫 As bandejas têm a mesma temperatura, mas o alumínio transfere calor mais rapidamente, fazendo o gelo derreter mais rápido sobre ele.
✅ Alternativa correta: A (Mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem maior condutividade térmica).
🎯 Passo 5: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo da explicação:
–> A bandeja de alumínio parece mais fria ao toque porque transfere calor mais rápido da mão.
–> Mas na prática, isso significa que ela também transfere calor mais rápido para o gelo.
–> Como resultado, o gelo derrete mais rápido sobre a bandeja de alumínio devido à sua alta condutividade térmica.
📌 Erro comum:
Muitas pessoas associam a sensação térmica à temperatura real dos objetos e podem pensar que a bandeja de alumínio está mais fria. Na verdade, ela só troca calor mais rapidamente.
✔ Por isso, o gelo derrete mais rápido sobre o alumínio.
