ENEM 2020 — questão 101 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: de quanto cai a temperatura da água do aquário se o aquecedor ficar desligado por 1 hora.

Passo 1 — a ideia que resolve a questão em uma linha. O enunciado diz que o aquecedor é otimizado: em regime, ele repõe exatamente o calor que o aquário perde. Ou seja, a taxa de perda de calor é igual à potência do aquecedor, $50\ \text{W}$. Se ele desliga, o aquário continua perdendo calor nesse mesmo ritmo — só que agora sem reposição.

Passo 2 — quanto calor se perde em 1 hora.

$$Q = P \cdot \Delta t = 50 \times 3\,600 = 180\,000\ \text{J} = 180\ \text{kJ}$$

Passo 3 — a massa de água. A densidade é $1\ \text{kg}\,\text{L}^{-1}$, então 50 litros são 50 quilos:

$$m = 50\ \text{L} \times 1\ \text{kg/L} = 50\ \text{kg}$$

Passo 4 — calor sensível. Agora é só a equação fundamental da calorimetria, com $c = 4{,}0\ \text{kJ}\,\text{kg}^{-1}\text{K}^{-1}$:

$$Q = m\,c\,\Delta\theta \;\Rightarrow\; \Delta\theta = \frac{Q}{m\,c} = \frac{180}{50 \times 4{,}0} = \frac{180}{200} = \mathbf{0{,}9\ ^\circ\text{C}}$$

Confere com a realidade: a faixa segura para o peixe é de $26$ a $28\ ^\circ\text{C}$, uma janela de 2 graus. Uma hora sem aquecedor derruba $0{,}9\ ^\circ\text{C}$ — não mata o peixe, mas quase metade da margem já foi. Faz sentido o alerta do enunciado sobre variações bruscas.

Uma unidade que vale ouro aqui: o calor específico veio em $\text{kJ}\,\text{kg}^{-1}\text{K}^{-1}$, e a energia deu direto em kJ. Quem converter tudo para joule chega ao mesmo lugar, mas passeia por $1{,}8\times10^5$ e $2{,}0\times10^5$ sem necessidade.

A armadilha da alternativa (A), $4{,}0\ ^\circ\text{C}$: é o valor do calor específico copiado como resposta — acontece com quem se perde no meio da conta e agarra o número mais visível.

A ideia em uma frase: aquecedor otimizado repõe o que se perde; desligado, a perda continua e vira queda de temperatura.