Questão 126 — ENEM 2018 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termologia (transmissão de calor por radiação; corpo negro; Lei de Kirchhoff)
• ⚡ Nível: Médio — o conceito isolado é simples, mas a questão exige aplicar a mesma propriedade física em dois processos opostos (aquecer e resfriar) sem trocar o raciocínio no meio do caminho.
• 🎯 Tema/Habilidade: Radiação térmica e cor da superfície — compreender fenômenos naturais a partir de conceitos físicos (H21, competência de área 5 da matriz do ENEM)
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre a jarra branca e a preta, qual chega mais rápido à temperatura ambiente tanto quando está mais fria quanto quando está mais quente que o ambiente?"
• Palavras-chave decisivas: jarras idênticas (só a cor muda), 8 °C (mais fria que o ambiente → vai esquentar), 90 °C (mais quente que o ambiente → vai esfriar)
• Armadilha típica: achar que a cor só importa para "esquentar mais rápido no sol" e esquecer que a mesma propriedade que faz a jarra preta absorver melhor também a faz emitir melhor — levando o aluno a marcar a alternativa D, que troca de campeã entre as duas situações.
• O que a resposta precisa demonstrar: que a relação entre cor e troca de calor por radiação é a mesma nas duas situações, porque decorre de uma única propriedade da superfície, e não de "sorte" em cada caso isolado.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Radiação térmica: forma de transferência de calor por ondas eletromagnéticas (infravermelho, principalmente), que não depende de contato nem de meio material — é o mecanismo dominante quando um corpo troca calor com o ar/ambiente ao seu redor por diferença de temperatura, além da convecção.
• Absortividade e emissividade: toda superfície tem uma capacidade de absorver radiação incidente (absortividade) e de emitir radiação própria (emissividade). Superfícies escuras/foscas têm ambas altas; superfícies claras/polidas têm ambas baixas.
• Lei de Kirchhoff da radiação térmica: em equilíbrio, a emissividade de uma superfície é numericamente igual à sua absortividade, para uma dada temperatura e comprimento de onda. Em termos simples: bom absorvedor é, necessariamente, bom emissor — e mau absorvedor é mau emissor.
• Corpo negro (idealização): absorve 100% da radiação incidente e, por isso, é também o emissor mais eficiente possível. A jarra pintada de preto se aproxima desse comportamento; a branca se aproxima do extremo oposto (alta refletividade, baixa absorção/emissão).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "com a água a 8 °C, foram retiradas da geladeira e foi medido o tempo... para atingir a temperatura ambiente" → aqui as jarras estão mais frias que o ambiente: para esquentar, elas precisam absorver energia radiante do meio externo.
• Evidência 2: "a água das duas jarras foi aquecida até 90 °C e novamente foi medido o tempo... para atingir a temperatura ambiente" → aqui as jarras estão mais quentes que o ambiente: para esfriar, elas precisam emitir energia radiante para o meio externo.
• Síntese: a questão monta deliberadamente duas situações opostas (absorção vs. emissão) para testar se o aluno entende que cor não é uma vantagem "só de um lado". Como a jarra preta absorve melhor E emite melhor (Kirchhoff), ela deve vencer a corrida contra o equilíbrio térmico nos dois cenários — não apenas em um deles.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Analisando a situação de aquecimento (8 °C → T ambiente)

A jarra sai da geladeira mais fria que o ambiente. Para chegar à temperatura ambiente, ela precisa ganhar energia térmica, e o principal canal de troca com o entorno (além de convecção do ar) é a radiação eletromagnética emitida pelo ambiente e pelas superfícies ao redor. A superfície preta tem alta absortividade: ela absorve mais eficientemente a radiação incidente do ambiente e a converte em energia interna (aquecimento) da água. A superfície branca reflete grande parte dessa radiação, absorvendo pouco. Logo, nesta etapa, a jarra preta esquenta mais rápido e chega primeiro à temperatura ambiente.

Subpasso 4.2 — Analisando a situação de resfriamento (90 °C → T ambiente)

Agora a água está mais quente que o ambiente. Para chegar ao equilíbrio, a jarra precisa perder energia térmica, majoritariamente por emissão de radiação infravermelha para o entorno (além de convecção). Pela Lei de Kirchhoff, quem absorve bem também emite bem: a superfície preta tem alta emissividade e irradia calor de forma muito mais eficiente que a branca, que — por ser pouco absortiva — também é pouco emissiva. Logo, nesta etapa, a jarra preta esfria mais rápido e novamente chega primeiro à temperatura ambiente.

Subpasso 4.3 — Verificação

Nas duas situações — aquecendo a partir de 8 °C e esfriando a partir de 90 °C — a jarra preta é a que atinge a temperatura ambiente primeiro, pois a mesma propriedade física (alta absortividade = alta emissividade) atua a seu favor em ambos os processos. Não há inversão de "campeã" entre as duas etapas, o que já elimina de imediato as alternativas que propõem uma troca (D e E) ou um empate (C) ou a vitória isolada da branca (B). O resultado bate exatamente com a alternativa A.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) A jarra preta demorou menos tempo nas duas situações.

✅ Correta: a superfície preta tem alta absortividade e, pela Lei de Kirchhoff, também alta emissividade. Isso a torna mais eficiente tanto para absorver calor do ambiente (situação 1, aquecendo a partir de 8 °C) quanto para emitir calor para o ambiente (situação 2, esfriando a partir de 90 °C). Vence nas duas etapas.

B) A jarra branca demorou menos tempo nas duas situações.

❌ Incorreta: inverte o conceito físico. A superfície branca é uma má absorvedora e, por Kirchhoff, também uma má emissora — logo ela é a mais lenta, não a mais rápida, em ambas as situações.

C) As jarras demoraram o mesmo tempo, já que são feitas do mesmo material.

❌ Incorreta: ignora que a cor/acabamento da superfície altera diretamente a absortividade e a emissividade radiativas, independentemente do material de base ser idêntico. A pintura muda o comportamento térmico por radiação, mesmo que o corpo da jarra seja o mesmo plástico ou vidro.

D) A jarra preta demorou menos tempo na primeira situação e a branca, na segunda.

❌ Incorreta: essa é a armadilha central da questão — supõe que a cor preta só ajuda a absorver (aquecer mais rápido), mas "atrapalharia" ao esfriar. Isso contraria a Lei de Kirchhoff: quem absorve bem também emite bem, então a preta continua sendo mais rápida na segunda situação também.

E) A jarra branca demorou menos tempo na primeira situação e a preta, na segunda.

❌ Incorreta: inverte a relação da alternativa D e ainda erra a primeira situação — é a preta, não a branca, que aquece mais rápido ao sair da geladeira, pois absorve melhor a radiação do ambiente.

🏆 Gabarito: A — a jarra preta vence nas duas situações porque absortividade e emissividade caminham juntas (Lei de Kirchhoff): uma boa absorvedora de calor é, necessariamente, uma boa emissora de calor.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: só a alternativa A é fisicamente consistente, pois trata absorção e emissão como duas faces da mesma propriedade da superfície, e não como vantagens isoladas em cada situação.
• Padrão de cobrança: o ENEM adora testar a Lei de Kirchhoff da radiação com situações do cotidiano (roupas escuras no verão/inverno, carros de cores diferentes, telhados, garrafas térmicas, jarras) justamente para verificar se o aluno entende que "escuro absorve mais" tem um corolário obrigatório: "escuro também emite mais".
• Generalização: sempre que uma questão comparar cores/superfícies em duas situações opostas (uma de ganho de calor, outra de perda de calor), a superfície escura/fosca tende a "vencer" (mudar de temperatura mais rápido) nas duas, porque absortividade e emissividade são a mesma grandeza física, apenas observada em sentidos diferentes.
• Dica de eliminação rápida: ao ver duas situações opostas (aquecer × esfriar) numa questão de radiação e cor, desconfie imediatamente de qualquer alternativa que "troca de campeã" entre as etapas (como D e E) — isso quase sempre viola a Lei de Kirchhoff e pode ser descartado em segundos.
• Conexões: corpo negro e lei de Stefan-Boltzmann; efeito estufa e balanço radiativo da Terra; uso de cores em vestimentas e telhados para conforto térmico.