ENEM 2020 Digital — questão 97 de Física
Enunciado em texto
Um fabricante de termômetros orienta em seu manual de instruções que o instrumento deve ficar três minutos em contato com o corpo para aferir a temperatura. Esses termômetros são feitos com o bulbo preenchido com mercúrio conectado a um tubo capilar de vidro.
De acordo com a termodinâmica, esse procedimento se justifica, pois é necessário que
a) o termômetro e o corpo tenham a mesma energia interna.
b) a temperatura do corpo passe para o termômetro.
c) o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido.
d) a quantidade de calor dos corpos seja a mesma.
e) o calor do termômetro passe para o corpo.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: por que o termômetro precisa de três minutos em contato com o corpo.
Passo 1 — o que um termômetro mede, de verdade. Ele não mede a temperatura do corpo diretamente. Ele mede a própria temperatura, indicada pela dilatação do mercúrio no capilar. A leitura só vale se a temperatura dele for igual à do corpo.
Passo 2 — como ele chega lá. Em contato, o calor flui do mais quente (o corpo) para o mais frio (o termômetro). O mercúrio dilata, a coluna sobe. Isso continua enquanto houver diferença de temperatura — e para quando as duas se igualam.
Esse é o equilíbrio térmico, e é isso que os três minutos garantem. Antes disso a coluna ainda está subindo e a leitura seria menor que a temperatura real.
Passo 3 — a lei que está por trás. É a lei zero da termodinâmica: dois corpos em contato térmico acabam na mesma temperatura, e é isso que permite usar um terceiro corpo (o termômetro) como padrão de comparação. Sem ela, medir temperatura não faria sentido.
Resposta: alternativa C (o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido).
Por que as outras caem — e cada uma confunde uma grandeza diferente:
(A) "mesma energia interna": energia interna depende da massa e do material, não só da temperatura. O corpo humano tem muito mais energia interna que um termômetro, e vai continuar tendo depois do equilíbrio. Igualar temperatura não é igualar energia.
(B) "a temperatura do corpo passe para o termômetro": temperatura não se transfere — ela é uma propriedade de estado. O que se transfere é calor, que é energia em trânsito.
(D) "a quantidade de calor dos corpos seja a mesma": calor não é algo que um corpo "tem"; é energia que atravessa a fronteira. Um corpo tem energia interna, não calor.
(E) "o calor do termômetro passe para o corpo": o sentido está invertido — o corpo está mais quente.
Se você tirar antes dos três minutos, a leitura fica abaixo da real: a coluna parou no meio do caminho. É o motivo prático da instrução do manual.
A ideia em uma frase: o termômetro só sabe a sua temperatura — os três minutos servem para que ela vire a temperatura do corpo.
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.