Em um experimento escolar, três panelas com paredes de mesma espessura e mesma área de contato com a água…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
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.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um experimento escolar, três panelas com paredes de mesma espessura e mesma área de contato com a água foram colocadas sobre fontes de calor idênticas. As panelas tinham a mesma quantidade de água, partiam da mesma temperatura e possuíam capacidade térmica desprezível em comparação com a da água. As condições de contato com as fontes e com o ambiente também foram mantidas iguais. Nesse modelo, a taxa de transferência de calor através da parede depende principalmente da condutividade térmica do material. Os valores medidos foram: alumínio: 237 W/(m·K); aço: 50 W/(m·K); cerâmica: 0,5 W/(m·K). Considerando as condições experimentais descritas, qual panela deverá aquecer a água mais rapidamente?
- A) A panela de aço deverá aquecer a água mais rapidamente.
- B) A panela de cerâmica deverá aquecer a água mais rapidamente.
- C) Nenhuma panela deverá aquecer a água rapidamente.
- D) A panela de alumínio deverá aquecer a água mais rapidamente.
- E) As três panelas deverão aquecer a água igualmente rápido.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique o fator que controla a rapidez do aquecimento. O enunciado afirma que a taxa de transferência de calor pela parede depende principalmente da condutividade térmica do material, e que espessura, área de contato, fontes de calor, quantidade de água, temperatura inicial e capacidade térmica da panela são iguais ou desprezíveis.
- Compare as condutividades térmicas informadas: alumínio 237 W/(m·K), aço 50 W/(m·K) e cerâmica 0,5 W/(m·K). Quanto maior a condutividade, maior a facilidade com que o calor atravessa a parede.
- Como todas as outras condições são iguais, a taxa de transferência de calor é maior para a panela de maior condutividade. Portanto, a panela de alumínio transfere calor com maior rapidez e aquece a água mais depressa.
- Por que as outras estão erradas. A alternativa A está errada porque o aço, com 50 W/(m·K), conduz menos calor que o alumínio. A alternativa B está errada porque a cerâmica, com apenas 0,5 W/(m·K), é a pior condutora entre as três. A alternativa C está errada porque o enunciado mostra que todas as panelas transferem calor, havendo apenas diferença de rapidez. A alternativa E está errada porque as condutividades são diferentes, logo as taxas também são diferentes.
- Conclusão. A resposta correta é a alternativa D, coerente com o gabarito oficial.
💡 Dica: Compare as condutividades térmicas para determinar a panela mais eficiente.
Alternativa por alternativa
O aluno pode ter achado que o aço, por ser um metal bastante usado em panelas e mais resistente, seria o melhor condutor, sem comparar o valor numérico da condutividade com o do alumínio.
O aluno pode ter associado a cerâmica a um bom aquecimento de panelas de uso cotidiano, ou inverteu a relação entre condutividade e rapidez de aquecimento, supondo que um material isolante aqueceria mais rápido.
Por que engana: Confundir a condutividade térmica com a capacidade de retenção de calor dos materiais, escolhendo a panela errada.
O aluno pode ter interpretado que, por ser um modelo simplificado, nenhuma panela aqueceria a água em tempo razoável, confundindo rapidez relativa com a ausência de aquecimento.
Como todas as panelas têm a mesma espessura e a mesma área de contato, estão submetidas às mesmas condições de aquecimento e contêm a mesma quantidade de água, a diferença relevante é a condutividade térmica. Quanto maior essa propriedade, maior a transferência de calor através da parede da panela. O alumínio apresenta a maior condutividade térmica entre os três materiais e, portanto, deverá aquecer a água mais rapidamente.
O aluno pode ter supuesto que, por as panelas terem mesma espessura, área, fontes e água, o aquecimento seria igual, ignorando que o enunciado indica que a condutividade do material é o fator principal.
Raio-X da questão
condutividade térmica
avaliacao
condutividade térmica · propriedades dos materiais
Revisar os conceitos de condutividade térmica e transferência de calor.
Confundir a condutividade térmica com a capacidade de retenção de calor dos materiais, escolhendo a panela errada.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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