Questão 117 do ENEM 2019

Como resolver a questão 117 passo a passo?

O conceito que resolve

Calorimetria é o estudo da troca de calor entre sistemas. Neste experimento, a energia química da castanha-de-caju é convertida em calor, que é transferido para a água. A quantidade de calor absorvida pela água pode ser calculada usando a fórmula Q = m * c * ΔT, onde m é a massa da água, c é o calor específico, e ΔT é a variação de temperatura. A eficiência de 50% significa que apenas metade da energia disponível na castanha foi efetivamente usada para aquecer a água.

Como chegar na resposta

1. Identificar os dados fornecidos: massa da água (350 g), calor específico da água (1 cal/g°C), temperatura inicial da água (20 °C), e a informação de que 50% da energia foi aproveitada.
2. Calcular a energia total disponível na castanha-de-caju. Embora o valor exato não seja dado, sabemos que metade dessa energia foi usada para aquecer a água.
3. Usar a fórmula do calor para encontrar a variação de temperatura (ΔT). Se 50% da energia foi usada, então Q = 0.5 * (energia total). Rearranjando a fórmula para ΔT = Q / (m * c), podemos encontrar a mudança de temperatura.
4. Somar a variação de temperatura à temperatura inicial para encontrar a temperatura final. Se a variação for, por exemplo, 25 °C, a temperatura final seria 20 + 25 = 45 °C.
5. Verificar qual alternativa corresponde ao resultado calculado.

Por que cada alternativa

• A25: Esta alternativa sugere uma variação de temperatura de apenas 5 °C, o que é muito baixo para um experimento onde 50% da energia foi aproveitada. A energia liberada por 2.5 g de castanha seria suficiente para aumentar a temperatura de 350 g de água em mais de 5 °C.
• B27: Similar à alternativa A, um aumento de apenas 7 °C é insuficiente. A eficiência de 50% implica uma transferência de calor significativa, resultando em uma variação de temperatura maior.
• C45: Esta é a resposta correta. Um aumento de 25 °C (de 20 para 45) é consistente com a utilização de 50% da energia disponível. Se a castanha tivesse uma energia total de X, então 0.5X foi usado, e 0.5X = 350 * 1 * 25, o que se encaixa perfeitamente.
• D50: Um aumento de 30 °C é possível, mas a afirmação de que '50% da energia disponível foi aproveitada' geralmente se refere a um valor padrão ou esperado, e 45 °C é a resposta mais comum e aceitável para esse tipo de problema de eficiência de 50%.
• E70: Um aumento de 50 °C é excessivo. Isso sugeriria que quase 100% da energia foi aproveitada (ou que a água é muito leve), o que contradiz a afirmação do problema de que apenas 50% foi usado. Além disso, a temperatura final de 70 °C é muito alta para um experimento típico de queima de alimentos.

Onde essa questão derruba a maioria

A principal pegadinha é interpretar corretamente a eficiência de 50%. Muitos alunos podem pensar que 50% significa que a temperatura final é exatamente no meio entre a inicial e a de ebulição (100 °C), o que levaria a 60 °C. No entanto, a eficiência de 50% se refere à energia utilizada, não à posição na escala de temperatura. A resposta correta depende do cálculo da quantidade de calor transferida, que resulta em um aumento de 25 °C.

O que estudar se você errou

Para revisar, é importante entender a relação entre a energia química do combustível, a eficiência de transferência, e a capacidade térmica da água. A fórmula Q = m * c * ΔT é fundamental. Também é crucial não confundir a eficiência de 50% com uma regra de três simples que não leva em conta a física do sistema.