ENEM 2017 (2ª aplicação) — questão 127 de Física

Enunciado em texto
O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água (ρágua = 1 kg/L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1 m² é de 0,03 kW/m². O valor do calor específico da água é igual a 4,2 kJ/(kg·°C).
Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20 °C até 70 °C?
a) 490 s
b) 2 800 s
c) 6 300 s
d) 7 000 s
e) 9 800 s
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
A estrutura é simples: calcule a energia necessária, calcule a potência disponível, divida uma pela outra. O cuidado todo está nas unidades.
Passo 1 — quanta energia a água precisa. Com kg/L, 1 litro é 1 kg.
Passo 2 — quanta potência o painel capta. Intensidade é potência por metro quadrado:
Passo 3 — dividir. As unidades já estão coerentes (kJ e kW = kJ/s), então o resultado sai direto em segundos:
Por que este é um dos raros casos em que NÃO é preciso converter nada. O enunciado dá o calor específico em kJ/(kg·°C) e a intensidade em kW/m². Os dois "quilos" se cancelam na divisão. Quem converte tudo para joule e watt chega ao mesmo lugar (), só com mais zeros para errar. Ler as unidades dadas antes de começar economiza a conversão inteira.
A armadilha que gera três das quatro alternativas erradas é a escala do ΔT:
| Alternativa | Erro correspondente |
|---|---|
| A — 490 s | usou °C, ou dividiu por 4,2 no lugar errado |
| B — 2 800 s | usou °C (a temperatura inicial, não a variação) |
| C — 6 300 s | usou °C |
| D — 7 000 s | °C |
| E — 9 800 s | usou °C (a temperatura final, não a variação) |
As alternativas B e E são as duas leituras erradas mais naturais: pegar a temperatura inicial ou a final em vez da diferença. Em calorimetria a grandeza é sempre — e é por isso que tanto faz trabalhar em °C ou em K: a variação é a mesma nas duas escalas.
Para dar sentido ao número: 7 000 s são quase 2 horas para esquentar um litro. É pouco, e é honesto — a intensidade de 0,03 kW/m² é baixíssima (a radiação solar no topo do painel costuma ser ~1 kW/m²; o enunciado já fala da parcela efetivamente captada). Um aquecedor solar residencial real tem vários metros quadrados de coletor, e é isso que torna o tempo praticável.
A ideia em uma frase: energia necessária dividida pela potência captada dá o tempo — e o que entra na conta é a variação de temperatura, não a inicial nem a final.
Resposta: alternativa D.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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