Durante uma oficina de culinária em uma escola pública, estudantes compararam duas luvas térmicas para retirar…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar os riscos envolvidos em atividades cotidianas, aplicando conhecimentos das Ciências da Natureza, para justificar o uso de equipamentos e recursos, bem como comportamentos de segurança, visando à integridade física, individual e coletiva, e socioambiental, podendo fazer uso de dispositivos e aplicativos digitais que viabilizem a estruturação de simulações de tais riscos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Durante uma oficina de culinária em uma escola pública, estudantes compararam duas luvas térmicas para retirar uma assadeira aquecida a 200 °C. A face interna de cada luva permaneceu a 30 °C, e a área de contato com a assadeira foi de 0,020 m². A luva de silicone apresentava condutividade térmica de 0,05 W/(m·K) e espessura de 3,0 mm, enquanto a luva de algodão apresentava condutividade térmica de 0,20 W/(m·K) e espessura de 1,0 mm. Considerando a condução de calor através das luvas, a taxa de transferência térmica é proporcional a kA?T/d, em que k é a condutividade térmica e d é a espessura. Com base nos dados do experimento, qual é a principal vantagem da luva de silicone na proteção contra queimaduras por condução térmica?
- A) A luva de silicone dificulta mais a condução, pois combina menor condutividade térmica com maior espessura.
- B) A luva de silicone conduz mais calor, pois sua maior espessura amplia a transferência térmica.
- C) As duas luvas transferem a mesma quantidade de calor, pois têm igual área de contato e diferença de temperatura.
- D) A luva de algodão protege mais, pois sua menor espessura reduz o caminho percorrido pelo calor.
- E) A luva de algodão conduz menos calor, pois sua menor condutividade compensa a menor espessura.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique a grandeza que controla a transferência de calor pela fórmula dada: taxa proporcional a kA(ΔT)/d. Como a área (0,020 m²) e a diferença de temperatura (200 - 30 = 170 K) são iguais nas duas luvas, o que diferencia as luvas é o termo k/d.
- Calcule k/d para a luva de silicone: 0,05 / 0,003 = aproximadamente 16,7 W/(m²·K).
- Calcule k/d para a luva de algodão: 0,20 / 0,001 = 200 W/(m²·K).
- Calcule a taxa de transferência em cada caso. Silicone: 0,05 × 0,020 × 170 / 0,003 = aproximadamente 57 W. Algodão: 0,20 × 0,020 × 170 / 0,001 = 680 W. A luva de algodão deixa passar cerca de 12 vezes mais calor.
- Conclusão: a luva de silicone oferece a maior proteção, porque combina baixa condutividade com espessura maior, o que dificulta a condução. A alternativa A está correta e coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas. B inverte o efeito da espessura, que reduz e não amplia a condução. C ignora que k e d entram na fórmula, por isso as taxas não são iguais. D confunde espessura menor com proteção maior, quando a menor espessura deixa o calor passar mais facilmente. E troca os dados, pois o algodão tem a maior condutividade (0,20), não a menor.
💡 Dica: Compare condutividades térmicas e espessuras para avaliar o fluxo de calor.
Alternativa por alternativa
Para comparar a condução, deve-se considerar a razão k/d, pois a área de contato e a diferença de temperatura são iguais nas duas situações. Para o silicone, k/d = 0,05/0,003, enquanto, para o algodão, k/d = 0,20/0,001. Assim, o silicone apresenta menor taxa de transferência de calor e maior resistência térmica, por reunir menor condutividade e maior espessura.
O aluno acredita que uma luva mais espessa conduz mais calor, como se a espessura aumentasse a passagem de calor. Na fórmula, a espessura d está no denominador, por isso aumentá-la reduz a taxa.
O aluno considera apenas a área e a diferença de temperatura, que são iguais, e esquece que a condutividade k e a espessura d também entram na fórmula.
O aluno associa caminho menor a menos resistência e conclui que a luva mais fina protege mais. Na condução, a espessura maior é justamente o que aumenta a resistência ao fluxo de calor.
O aluno inverte os dados das luvas e atribui à luva de algodão a menor condutividade. Na verdade, o algodão tem k igual a 0,20 W/(m·K), quatro vezes maior que o do silicone.
Raio-X da questão
condução térmica em materiais
avaliacao
condutividade térmica · resistência térmica
estude condutividade térmica e resistência térmica
Confundir capacidade térmica com condutividade ou ignorar a influência da espessura no fluxo de calor.
pensamento_critico
cotidiano
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