Atividades sobre Sistemas Térmicos e Sustentabilidade com gabarito — 1ª série, 2ª série, 3ª série, ENEM, ETEC, FUVEST, UEL, UNESP (EM13CNT102)

Quando recebo a EM13CNT102 no planejamento, eu sei que não basta revisar calor, temperatura ou fórmulas isoladas. O desafio é levar a turma a pensar como quem precisa tomar uma decisão: qual material reduz perdas de energia? Que dimensão um coletor solar precisa ter? Como prever o comportamento de um sistema antes de construí-lo?

Na prática, eu gosto de partir de situações que cabem na escola e na vida dos estudantes: uma garrafa térmica, a cobertura da casa, o ar-condicionado da sala, um aquecedor solar caseiro. Assim, Física, Química e até Biologia entram em conversa, sem transformar sustentabilidade em um slogan solto.

O que a habilidade EM13CNT102 pede, de verdade?

A EM13CNT102 pede que eu ajude os estudantes a usar conceitos de termodinâmica para prever, comparar e melhorar sistemas térmicos com foco em sustentabilidade. Em outras palavras, não é apenas identificar que o calor passa do corpo mais quente para o mais frio, nem somente aplicar uma conta de potência: é analisar materiais, isolamento, temperatura, pressão, área de captação e consumo energético para justificar escolhas. A turma deve conseguir avaliar uma intervenção, como revestir um reservatório, estimar o tamanho de um coletor solar ou propor um protótipo simples que reduza desperdícios. Também entra o uso consciente de tecnologias digitais: planilhas, simuladores e calculadoras podem apoiar estimativas, testar cenários e registrar dados. Eu procuro cobrar argumento baseado em evidência, cálculo com unidade e relação clara entre funcionamento térmico e impacto ambiental, em vez de decorar definições desconectadas.

“Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.”

Esta habilidade integra Ciências da Natureza e pode ser retomada na 1ª, 2ª e 3ª séries, além de dialogar com ENEM, ETEC, FUVEST, UEL e UNESP. Para ver o recorte completo e o banco disponível, acesse a consulta completa do código EM13CNT102.

Como trabalhar EM13CNT102 em sala?

1. Teste de isolamento: uso dois copos com água morna, um envolto em papelão, tecido ou espuma e outro sem revestimento. A turma mede a temperatura no início e no fim, organiza os dados em tabela e explica as diferenças.
2. Auditoria térmica da escola: peço que os grupos observem janelas, telhado, ventilação, bebedouros e salas climatizadas. Eles propõem intervenções possíveis, estimando onde há maior troca de energia e quais soluções seriam viáveis.
3. Desafio do aquecedor solar: com desenho em papel ou simulador, os estudantes calculam a potência recebida por áreas diferentes de coletor. Depois, discutem orientação, perdas e limites reais do projeto.
4. Planilha de cenários: em uma planilha simples, cada grupo varia área, potência por metro quadrado, temperatura ou tempo de uso. O foco não é dominar software sofisticado, mas perceber como uma variável altera a decisão.

Como avaliar essa habilidade?

Uma boa questão de EM13CNT102 apresenta um sistema térmico concreto e pede previsão, cálculo ou justificativa de uma intervenção. Eu observo se o estudante identifica o sentido da transferência de energia, interpreta unidades, relaciona variáveis e escolhe uma solução sustentável com base nos dados. Questões de conversão de escala e gás ideal também fazem sentido quando servem de apoio à análise do sistema.

Um erro comum é avaliar somente definição: “o que é isolante?” ou “qual é a fórmula?”. Outro é criar um projeto caro, impossível de executar. Eu prefiro evidências acessíveis: tabela de temperaturas, esboço de protótipo, cálculo de potência, comparação de materiais e uma justificativa curta. Também evito tratar toda economia de energia como automaticamente sustentável, sem discutir eficiência, contexto e viabilidade.

Questões prontas de EM13CNT102 (com gabarito comentado)

1. Recipientes, isolantes e resfriamento

Em uma atividade escolar, dois recipientes receberam a mesma quantidade de água a 25 °C e foram colocados em uma sala a 5 °C. Após dez minutos, a água no alumínio chegou a 15 °C e a água no recipiente com espuma ficou a 22 °C. Qual explicação está correta?

• ❌ A) O alumínio retém energia e a espuma a deixa passar livremente. O resultado mostra o contrário.
• ❌ B) O alumínio impede a transferência e a espuma a acelera. Metais conduzem bem; espumas isolam.
• ❌ C) O alumínio produz energia térmica e a espuma aquece a água. A água perdeu energia para o ambiente.
• ✅ D) O alumínio facilita a transferência de energia para o ambiente, enquanto a espuma a dificulta e reduz o resfriamento. O calor flui da água mais quente para o ambiente frio.
• ❌ E) Ambos transferem energia igualmente. A diferença decorre das propriedades térmicas dos materiais.

2. HCl em água

Um estudante observa que, ao misturar água e ácido clorídrico (HCl), a temperatura da solução aumenta. Qual é a natureza dessa reação?

• ❌ A) Endotérmica, absorve calor. O aumento de temperatura indica liberação, não absorção.
• ✅ B) Exotérmica, libera calor. A dissolução de HCl em água libera energia térmica.
• ❌ C) Neutralização, sem variação de temperatura. Não há base para caracterizá-la assim.
• ❌ D) Processo físico, sem calor. Há interação energética no processo de dissolução.
• ❌ E) Reversível, sempre fria. Reversibilidade não implica resfriamento.

3. Potência de um coletor solar

Em um sistema de aquecimento solar, um coletor tem área de 2 m² e recebe radiação de 800 W/m². Qual é a potência total absorvida?

• ❌ A) 800 W. Considera apenas a radiação por unidade de área.
• ✅ B) 1600 W. Calculamos 2 m² × 800 W/m².
• ❌ C) 3200 W. Duplica indevidamente o resultado.
• ❌ D) 400 W. Usa uma área incompatível com o enunciado.
• ❌ E) 2000 W. Não corresponde à multiplicação solicitada.

4. Climatização de um prédio

Um prédio tem área de 300 m² e carga térmica de 150 W/m². Qual potência total é necessária para manter a temperatura desejada?

• ❌ A) 30000 W. O produto foi calculado incorretamente.
• ✅ B) 45000 W. Temos 300 m² × 150 W/m².
• ❌ C) 60000 W. O valor não resulta dos dados fornecidos.
• ❌ D) 75000 W. Não relaciona corretamente área e carga térmica.
• ❌ E) 90000 W. O cálculo não condiz com o enunciado.

5. Conversão para Kelvin

Qual é a temperatura equivalente a 100 °C na escala Kelvin?

• ❌ A) 273,15 K. Esta é a equivalência de 0 °C.
• ❌ B) 100 K. A escala Kelvin não mantém o mesmo valor numérico da Celsius.
• ✅ C) 373,15 K. Somamos 273,15 a 100 °C.
• ❌ D) 1000 K. É muito maior que a conversão correta.
• ❌ E) 0 K. Corresponde ao zero absoluto.

6. Gás ideal em volume constante

Ao aquecer um gás ideal, sua temperatura passa de 300 K para 600 K. Como fica a pressão, se o volume permanece constante?

• ❌ A) A pressão diminui. Em volume constante, ela varia diretamente com a temperatura absoluta.
• ❌ B) A pressão permanece constante. Isso ocorreria em outra condição, não nesta.
• ✅ C) A pressão dobra. A temperatura absoluta dobrou de 300 K para 600 K.
• ❌ D) A pressão triplica. Não houve triplicação da temperatura.
• ❌ E) A pressão aumenta 1,5 vezes. A proporção correta é duas vezes.

Próximos passos

Eu usaria essas questões como diagnóstico, retomada ou parte de uma sequência com experimento e planilha. Se quiser montar versões diferentes para cada turma, filtre as 588 questões alinhadas à habilidade no gerador de provas do GeraProva e faça seu cadastro grátis.

As questões são um ponto de partida: adapte linguagem, dados e nível de apoio à sua turma. O importante é fazer o estudante prever, calcular e justificar escolhas térmicas que façam sentido no mundo real.