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

Quando recebo um código da BNCC no planejamento, a primeira sensação é de quem recebeu uma tarefa sem manual. Com a EM13CNT102 foi assim: a habilidade fala em sistemas térmicos, sustentabilidade e tecnologias digitais, e eu precisava transformar aquilo em aula e em prova que os alunos entendessem.

Depois de algumas turmas, percebi que o caminho mais útil é partir de situações conhecidas: a geladeira de casa, o aquecedor de água do chuveiro, a garrafa de água exposta ao sol. A partir daí, a teoria vira assunto de conversa e não de decoreba.

O que a habilidade EM13CNT102 pede, de verdade?

Em linguagem de sala de aula, a habilidade pede que o aluno consiga prever o comportamento de um sistema térmico, avaliar uma intervenção que foi feita nele e, se possível, construir um protótipo que seja mais sustentável. Para isso, ele precisa entender de que o sistema é feito e como variáveis como temperatura, pressão e volume afetam o funcionamento. A habilidade ainda inclui o uso de tecnologias digitais para fazer estimativas e apoiar a construção do protótipo.

"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."

Ou seja: não basta o aluno saber a fórmula. Ele precisa usar a fórmula para julgar uma escolha, como trocar um fluido de refrigeração ou aproveitar melhor a energia solar.

Como trabalhar EM13CNT102 em sala?

Estas são ideias que testei e que não exigem material caro:

• Geladeira de papel: peça para os alunos desenharem o ciclo de uma geladeira e marcarem onde o calor entra e sai. A discussão sobre por que a porta aberta gasta energia costuma render muito.
• Garrafas ao sol: duas garrafas com água, uma pintada de preto e outra transparente. Eles preveem qual esquenta mais e depois medem com termômetro.
• Estimativa com celular: use uma planilha ou calculadora para estimar quanta energia um aquecedor solar caseiro precisa para aquecer um volume de água. É aqui que entra o uso de tecnologia pedido pela habilidade.
• Debate de escolhas: compare dois fluidos de refrigeração e peça que defendam uma escolha considerando eficiência e impacto ambiental.

Como avaliar essa habilidade?

Uma boa questão desse código não pode ser só "calcule a temperatura". Ela precisa cobrar que o aluno relacione variáveis com o funcionamento do sistema e tome uma decisão. Um erro comum que vejo em provas é a questão que pede a conversão de escalas e chama isso de avaliação da habilidade: é uma etapa, não o objetivo.

Outro erro é colocar alternativas absurdas demais, que o aluno elimina sem pensar. Prefira alternativas que tenham lógica e que o levem a errar por um raciocínio incompleto.

Questões prontas de EM13CNT102 (com gabarito comentado)

Abaixo estão as seis questões do acervo do GeraProva alinhadas a esse código. Tente resolver antes de olhar o gabarito.

Questão 1: conversão para a escala Kelvin

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

• ❌ A) 273,15 K — 273,15 K é a temperatura de 0°C.
• ❌ B) 100 K — 100 K é muito inferior a 100°C.
• ✅ C) 373,15 K — 373,15 K é a conversão correta de 100°C.
• ❌ D) 1000 K — 1000 K é muito maior que 100°C.
• ❌ E) 0 K — 0 K é o zero absoluto, equivalente a -273,15°C.

Questão 2: pressão de um gás ideal em volume constante

Ao aquecer um gás ideal, sua temperatura aumenta de 300 K para 600 K. Como isso afeta a pressão se o volume é constante?

• ❌ A) A pressão diminui — pressão não diminui com o aumento da temperatura.
• ❌ B) A pressão permanece constante — pressão varia com temperatura em volume constante.
• ✅ C) A pressão dobra — aumento da temperatura duplica a pressão, se volume é constante.
• ❌ D) A pressão triplica — pressão não triplica nessa relação.
• ❌ E) A pressão aumenta 1,5 vezes — a relação é direta, não proporcional a 1,5.

Questão 3: aquecimento por diferentes faixas do espectro (ENEM 2020)

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. — correta, pois o recipiente A recebe os raios infravermelhos, que são mais eficazes no aquecimento da água.
• ❌ B) B. — incorreta, pois o recipiente B recebe luz na faixa do verde, que não aquece tanto quanto o infravermelho.
• ❌ C) C. — incorreta, pois o recipiente C recebe luz azul, que tem menor capacidade de aquecimento em comparação ao infravermelho.
• ❌ D) D. — incorreta, pois o recipiente D recebe luz amarela, que também não é tão eficaz quanto o infravermelho para aquecer.
• ❌ E) E. — incorreta, pois o recipiente E recebe luz vermelha, que ainda é menos eficaz que o infravermelho no aquecimento.

Questão 4: transformações de energia na geladeira (ENEM 2009)

A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. Disponível em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado). Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,

• ❌ A) A expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. — a expansão não cede energia, mas provoca resfriamento ao absorver calor do interior da geladeira.
• ✅ B) O calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. — correta, pois o calor flui do interior mais frio para o exterior mais quente, o que é contrário ao fluxo natural.
• ❌ C) A quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. — afirmação verdadeira em termos de conservação de energia, mas não é o foco da questão sobre o funcionamento da geladeira.
• ❌ D) A eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. — a eficiência aumenta com bom isolamento térmico, não o contrário.
• ❌ E) A energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. — abrir a porta aumenta o consumo, pois permite a entrada de calor e exige mais trabalho do compressor.

Questão 5: comprimento de um refletor parabólico (ENEM 2009)

Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m² de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g-1 ºC-1 = 4.200 J kg-1 ºC-1, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m³ (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre

• ✅ A) 15 m e 21 m. — certa. O cálculo da energia necessária e a relação com a radiação solar indicam que o comprimento do refletor está dentro desse intervalo.
• ❌ B) 22 m e 30 m. — errada. O valor calculado para o comprimento do refletor é menor que o intervalo proposto.
• ❌ C) 105 m e 125 m. — errada. O comprimento necessário é muito menor do que o intervalo sugerido.
• ❌ D) 680 m e 710 m. — errada. O cálculo não suporta um comprimento tão grande para o refletor.
• ❌ E) 6.700 m e 7.150 m. — errada. O comprimento calculado é muito inferior ao intervalo apresentado.

Questão 6: eficiência e impacto climático de fluidos de refrigeração

Por que o setor de refrigeração busca substitutos dos fluidos tradicionais? Dados de laboratório ilustram três opções: R134a, CO2 e amônia. Para remover 1 000 kJ de calor, as massas necessárias são: R134a = 4,63 kg; CO2 = 1,74 kg; NH3 = 0,74 kg. Os potenciais de aquecimento global (GWP) são: R134a = 1 430; CO2 = 1; NH3 = 0. Além disso, amônia é tóxica para humanos, CO2 em excesso pode causar asfixia em ambiente confinado, e R134a é quimicamente estável e de baixa toxicidade, porém altamente persistente na atmosfera. Considerando apenas a eficiência de refrigeração (menor massa para remover a mesma quantidade de calor) e o impacto climático (menor GWP), qual opção apresenta o melhor resultado conjunto?

• ❌ A) O CO2 apresenta o melhor resultado conjunto por combinar massa intermediária e baixo GWP. — o CO2 tem GWP baixo, mas não o menor GWP nem a menor massa, então não supera a amônia nos dois critérios.
• ✅ B) A amônia apresenta a menor massa necessária e o menor GWP entre as opções. — correta, pois precisa de 0,74 kg e tem GWP igual a zero. Sua toxicidade é um risco importante, mas não entra nos critérios desta pergunta.
• ❌ C) O R134a apresenta o melhor resultado conjunto por ser estável e pouco tóxico. — estabilidade e baixa toxicidade não são os critérios comparados; pelos critérios definidos, fica atrás da amônia.
• ❌ D) O CO2 apresenta a menor massa necessária e o menor GWP diferente de zero. — o CO2 requer 1,74 kg, e a amônia requer menos massa e tem GWP igual a zero.
• ❌ E) O R134a apresenta a menor massa necessária e o menor risco toxicológico. — apesar da baixa toxicidade, o R134a requer a maior massa (4,63 kg) e tem o maior GWP (1 430).

Próximos passos para a sua aula

Se você quer ver todas as questões do código de uma vez, acesse a consulta completa do código EM13CNT102. Para montar uma prova com as questões que mais combinam com a sua turma, use o gerador de provas do GeraProva, e se ainda não tem conta, o cadastro grátis leva menos de um minuto.

As questões aqui apresentadas são exemplos do acervo e servem de apoio ao seu planejamento; revise sempre o conteúdo antes de aplicar em sala, ajustando o nível à sua turma. Bom trabalho!