Em um experimento realizado em uma escola, três placas metálicas de mesma massa, mesmo tamanho e mesmo…
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 realizado em uma escola, três placas metálicas de mesma massa, mesmo tamanho e mesmo material foram pintadas de preto, branco e verde. As placas começaram à mesma temperatura e foram expostas lado a lado ao Sol durante 30 minutos. As faces inferiores foram isoladas termicamente, e as condições de exposição foram mantidas iguais. Ao final, as temperaturas medidas foram: placa preta, 60 °C; placa branca, 30 °C; placa verde, 45 °C. Como as placas tinham a mesma capacidade térmica e condições semelhantes de perda de calor, a diferença de temperatura foi usada para comparar a quantidade de energia solar convertida em energia térmica por cada uma. Com base nas condições controladas do experimento e nos dados apresentados, qual placa absorveu a maior quantidade de energia da radiação solar durante os 30 minutos?
- A) A placa branca absorveu a maior quantidade de energia da radiação solar.
- B) Nenhuma placa absorveu energia da radiação solar durante o experimento.
- C) A placa verde absorveu a maior quantidade de energia da radiação solar.
- D) As três placas absorveram a mesma quantidade de energia solar.
- E) A placa preta absorveu a maior quantidade de energia da radiação solar.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Identifique as grandezas controladas. As placas têm a mesma massa, o mesmo tamanho, o mesmo material, começaram à mesma temperatura, receberam exposição igual ao Sol por 30 minutos e tiveram as faces inferiores isoladas de forma idêntica.
- Relacione energia absorvida com variação de temperatura. Como as placas têm a mesma capacidade térmica, a energia absorvida é proporcional à variação de temperatura (Q = m x c x variação de temperatura, com m e c iguais para as três). Além disso, as condições de perda de calor são semelhantes, então a comparação pelas temperatura finais é válida.
- Calcule a variação de temperatura de cada placa. Partindo da mesma temperatura inicial, a placa que atingiu a maior temperatura final é a que teve a maior variação. Placa preta: 60 °C; placa verde: 45 °C; placa branca: 30 °C. Logo, a placa preta teve a maior elevação de temperatura.
- Conclua. A placa preta absorveu a maior quantidade de energia solar durante os 30 minutos. Isso concorda com o gabarito oficial E.
- Justifique as alternativas erradas. A alternativa A está errada porque a placa branca teve a menor elevação de temperatura. A alternativa B está errada porque todas as placas se aqueceram, o que só ocorre com absorção de energia. A alternativa C está errada porque a placa verde ficou em posição intermediária, atrás da preta. A alternativa D está errada porque as temperaturas finais diferentes indicam energias absorvidas diferentes.
- Observação. A escolha da placa preta depende da hipótese, enunciada na questão, de que a perda de calor é semelhante nas três placas. Sem essa hipótese, a temperatura final também depende de quanto cada placa perde para o ambiente, mas o enunciado a assume, então a conclusão é válida dentro dos dados fornecidos.
💡 Dica: Analise a relação entre a cor e a temperatura alcançada.
Alternativa por alternativa
O aluno pode ter associado a cor branca a maior reflexão e, por engano, a maior absorção, ou assumido que a placa mais clara seria a mais quente. Ele ignora que a placa branca teve a menor temperatura final.
O aluno pode ter pensado que, como a radiação é refletida, nenhuma placa absorveu energia. Não percebe que a elevação de temperatura de todas as placas comprova absorção de energia.
Por que engana: Confundir a eficiência de absorção de calor com a capacidade de aquecer, acreditando que a superfície branca é a melhor opção.
O aluno pode ter lido apenas a placa verde como a intermediária e a associado à maior absorção por ser a cor 'mais escura' entre as duas não pretas. Ele não comparou a temperatura final da placa verde com a da placa preta, que foi maior.
O aluno pode ter supesto que, como as placas têm mesma massa, material e condições de exposição, deveriam absorver a mesma energia. Ele não considera que cor influencia a absorção, o que se vê nas temperaturas finais diferentes.
Como as três placas tinham a mesma massa, o mesmo material, o mesmo tamanho, a mesma temperatura inicial e condições semelhantes de perda de calor, a capacidade térmica era equivalente. Portanto, após o mesmo tempo de exposição, a maior elevação de temperatura indica que a placa recebeu e converteu em energia térmica a maior quantidade de energia da radiação solar. A placa preta atingiu 60 °C, acima das placas verde e branca.
Raio-X da questão
absorção de calor
diagnostico
absorção de calor · temperatura e tempo
Revisar como a cor das superfícies afeta a absorção de calor.
Confundir a eficiência de absorção de calor com a capacidade de aquecer, acreditando que a superfície branca é a melhor opção.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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