UFJF 2023 (PISM, Módulo II) — questão 12 de Física
Enunciado em texto
Considere os valores a seguir para as quantidades físicas. Calor específico da água: , , e densidade da água: .
Um técnico e uma técnica trabalhavam na preparação de um forno para aquecimento de ligas metálicas em uma indústria metalúrgica na cidade de Juiz de Fora. Esse forno não possuía um bom isolamento térmico, sendo possível sentir o calor emanado dele a alguns metros de distância. Enquanto revisavam informações importantes sobre o funcionamento do forno e sobre a Física envolvida nesse processo, perceberam que:
A) o forno perde uma parte de sua energia por meio da radiação térmica, sem precisar do processo de convecção, já que as pessoas podem sentir o calor emanado por ele a alguns metros de distância.
B) a quantidade de calor que precisa ser fornecida por esse forno a uma massa m de uma determinada liga metálica sólida para se realizar uma variação de temperatura não depende do valor de .
C) esse forno permite variação de temperatura de até em uma hora. Em termos da escala Celsius, mais familiar no Brasil, isso significa que se pode realizar variação de temperatura de até em uma hora.
D) mantida uma taxa de calor constante fornecida do forno para uma amostra de liga metálica qualquer colocada dentro dele, o intervalo de tempo para a temperatura dessa liga aumentar de não depende da massa da amostra.
E) a quantidade de calor fornecida por esse forno para aumentar a temperatura de 10 kg de chumbo desde até não depende do calor latente de fusão desse metal, mesmo sabendo que o ponto de fusão do chumbo encontra-se em .
(Enunciado: PISM 2023 (UFJF), Módulo II, 2º dia — Universidade Federal de Juiz de Fora (COPESE).)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) e à sua Coordenação Geral de Processos Seletivos (COPESE).
Resolução comentada
O que a questão pede: achar a única afirmação correta sobre a física do forno: propagação do calor, calor sensível, conversão de escalas e mudança de fase.
Passo 1 — alternativa A. O calor se propaga por condução, convecção e radiação. A radiação térmica (principalmente infravermelho) é onda eletromagnética: viaja pelo espaço, não precisa de um meio material nem de correntes de ar. É ela que faz a pele “sentir” o forno a metros de distância, assim como sentimos o calor de uma fogueira de frente para ela. A afirmação não diz que não há convecção no ar em volta; diz que essa perda por radiação não depende da convecção. Correta.
Passo 2 — alternativa B. O calor sensível é : é diretamente proporcional a . Errada.
Passo 3 — alternativa C. Para variações de temperatura, 180 divisões Fahrenheit correspondem a 100 divisões Celsius:
Não é 1800 °C. Errada.
Passo 4 — alternativa D. Com potência constante, , e então:
O tempo é proporcional à massa: uma amostra com o dobro da massa leva o dobro do tempo. Errada.
Passo 5 — alternativa E. Indo de 100 °C a 500 °C, o chumbo passa pelo ponto de fusão (327,5 °C). Ali ele precisa receber o calor latente para derreter, sem mudar de temperatura, antes de continuar esquentando já líquido. O calor total depende, sim, de . Errada.
⚠️ A armadilha: a alternativa C, por esquecer que a conversão de uma variação de temperatura não usa o “−32” e que o grau Fahrenheit é menor que o Celsius (1 °C de variação = 1,8 °F). E, na E, esquecer que um aquecimento que cruza o ponto de fusão sempre inclui a etapa do calor latente.
A ideia em uma frase: o calor que se sente à distância de um corpo quente chega por radiação, que não precisa de meio material nem de convecção.
Resposta: alternativa A (perda de energia por radiação térmica).
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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