ENEM 2020 PPL — questão 93 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: a etapa cuja energia é igual, em quantidade, à absorvida na etapa 2.

Passo 1 — nomear as quatro etapas. A figura liga vapor ↔ líquido (setas 1 e 2) e líquido ↔ gelo (setas 3 e 4):

1 vapor → líquido = condensação (libera calor)

2 líquido → vapor = vaporização (absorve calor)

3 líquido → gelo = solidificação (libera calor)

4 gelo → líquido = fusão (absorve calor)

Passo 2 — a ideia central: transições opostas trocam a MESMA quantidade de energia. Para uma dada massa, a energia envolvida numa mudança de estado é

$$Q = m\,L$$

e o calor latente $L$ é o mesmo nos dois sentidos — só muda o sinal. Vaporizar 1 g de água a 100 °C absorve exatamente o que condensar 1 g de vapor a 100 °C libera.

Passo 3 — casar as etapas. A etapa 2 é a vaporização, que absorve $m\,L_{\text{V}}$. A etapa 1 é a condensação, o processo inverso, que libera exatamente $m\,L_{\text{V}}$.

$$Q_{\text{absorvido na 2}} = Q_{\text{liberado na 1}} = m\,L_{\text{V}}$$

Resposta: alternativa E (liberada na etapa 1).

Por que as etapas 3 e 4 não servem: elas envolvem o calor latente de fusão, que é um número diferente. Para a água, $L_{\text{F}} \approx 80\ \text{cal/g}$ contra $L_{\text{V}} \approx 540\ \text{cal/g}$ — quase sete vezes menos. Vaporizar é muito mais "caro" que derreter, porque na vaporização as moléculas precisam se separar por completo, e não apenas ganhar liberdade de deslizar umas sobre as outras.

A armadilha da alternativa (D), "absorvida na etapa 1": confunde o sentido da seta. A etapa 1 vai do vapor para o líquido — o sistema está se organizando, e quem se organiza libera energia.

Onde você já viu isso funcionando: é a mesma energia nos dois sentidos que faz o suor resfriar (vaporização absorve calor do corpo) e o vapor de uma panela queimar mais que a água fervente (condensação na sua pele libera os 540 cal/g de uma vez).

A ideia em uma frase: ida e volta da mesma transição movimentam a mesma energia — muda só quem paga e quem recebe.