Questão 107 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termologia (condução térmica e Lei de Fourier)
• ⚡ Nível: Fácil — exige apenas interpretar uma tabela numérica e aplicar corretamente o conceito de condutividade térmica.
• 🎯 Tema/Habilidade: Condução de calor e escolha de materiais isolantes/condutores; relacionar uma grandeza física tabelada a uma aplicação tecnológica do cotidiano.
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual material, entre os cinco listados, retém o calor do alimento por mais tempo?"
• Palavras-chave decisivas: condutibilidade térmica, manter a temperatura, maior intervalo de tempo
• Armadilha típica: associar "boa condução de calor" a "boa retenção de calor". São conceitos opostos: um material que conduz calor rapidamente também perde calor rapidamente para o ambiente. Muitos candidatos marcam o cobre (maior K) por pensarem em "eficiência térmica", quando na verdade o cobre é péssimo para manter algo quente.
• O que a resposta precisa demonstrar: que reter calor por mais tempo significa dificultar a saída de calor, ou seja, escolher o material de menor condutividade térmica (o melhor isolante) entre os apresentados.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Condução térmica: mecanismo de transferência de calor através de um material sólido por colisões entre partículas (ou elétrons livres, no caso dos metais), sempre da região mais quente para a mais fria, sem transporte de matéria.
• Condutividade térmica (K): grandeza física que mede a rapidez com que um material transmite calor. Quanto maior o K, mais rápido o calor atravessa aquele material — de dentro da panela para o ambiente externo, por exemplo.
• Isolante térmico: material de baixa condutividade térmica; dificulta o fluxo de calor e, por isso, é usado quando se quer reter temperatura (garrafas térmicas, cabos de panela, forros de caixas térmicas).
• Lei de Fourier (fluxo de calor): Φ = K · A · ΔT / L, em que Φ é a quantidade de calor transferida por unidade de tempo, A é a área, ΔT a diferença de temperatura e L a espessura do material. Nessa relação, Φ é diretamente proporcional a K — logo, materiais de menor K perdem calor mais devagar (para A, ΔT e L equivalentes).

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "condutibilidade térmica de diferentes materiais utilizados na confecção de panelas" → o problema é sobre a escolha de material de panela e sua relação direta com a grandeza K, listada na tabela em kcal·h⁻¹·m⁻¹·°C⁻¹.
• Evidência 2: a tabela traz valores de K muito distintos: Cobre (I) = 332,0; Alumínio (II) = 175,0; Ferro (III) = 40,0; Vidro (IV) = 0,65; Cerâmica (V) = 0,40. Há uma diferença de ordens de grandeza entre os metais (I, II, III) e os não metais (IV, V).
• Síntese: como a pergunta busca o material que mantém o alimento aquecido por mais tempo, a resolução se resume a identificar, na tabela, o material de menor valor de K — aquele que menos permite a fuga de calor do alimento para o ambiente.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Traduzir "manter aquecido por mais tempo" em linguagem física

Manter um alimento quente por mais tempo significa minimizar a taxa de perda de calor (Φ) do alimento para o ambiente externo, através das paredes do recipiente. Pela Lei de Fourier, Φ é diretamente proporcional à condutividade térmica K do material da panela (mantendo área, espessura e diferença de temperatura constantes para efeito de comparação). Logo:

Φ ∝ K → quanto menor o K, menor o fluxo de calor perdido, e mais tempo o alimento permanece quente.

Subpasso 4.2 — Organizar a tabela em ordem decrescente de K

| Material | K (kcal·h⁻¹·m⁻¹·°C⁻¹) |

|---|---|

| I – Cobre | 332,0 |

| II – Alumínio | 175,0 |

| III – Ferro | 40,0 |

| IV – Vidro | 0,65 |

| V – Cerâmica | 0,40 |

Os três metais (I, II, III) têm condutividades muito altas — são ótimos condutores, por isso aquecem e esfriam rápido (ideais para cozinhar, não para manter quente). Vidro e cerâmica são não metálicos e têm K muito menores, sendo os candidatos naturais a isolantes térmicos.

Subpasso 4.3 — Verificação: identificar o mínimo e confirmar contra as alternativas

Comparando os dois materiais de menor K: Vidro (IV) = 0,65 e Cerâmica (V) = 0,40. Como 0,40 < 0,65, a cerâmica (V) é o material de menor condutividade térmica de toda a tabela, ou seja, o que menos deixa o calor escapar. Esse resultado converge exatamente com a alternativa E, que indica o material V.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) I

❌ Incorreta: o cobre tem a maior condutividade térmica da tabela (332,0 kcal·h⁻¹·m⁻¹·°C⁻¹). Isso o torna excelente para transferir calor rapidamente (ideal, por exemplo, para uma panela que precisa aquecer rápido), mas péssimo para reter calor — o alimento esfriaria muito rápido nesse material.

B) II

❌ Incorreta: o alumínio, segundo maior K da tabela (175,0), também é um metal de altíssima condutividade. Embora seja muito usado em panelas justamente por aquecer e distribuir calor com eficiência, essa mesma propriedade faz com que ele perca calor rapidamente para o ambiente, não sendo adequado para manter o alimento aquecido por mais tempo.

C) III

❌ Incorreta: o ferro (K = 40,0) ainda é ordens de grandeza mais condutor que o vidro e a cerâmica. Mesmo sendo o "menos condutor" entre os três metais listados, seu valor de K continua muito acima dos materiais não metálicos, o que o descarta como isolante eficiente.

D) IV

❌ Incorreta: o vidro (K = 0,65) é de fato um bom isolante térmico quando comparado aos metais, mas não é o melhor da tabela: seu K é maior que o da cerâmica (0,40), ou seja, o vidro ainda deixa passar mais calor por unidade de tempo do que a cerâmica.

E) V

✅ Correta: a cerâmica apresenta o menor valor de condutividade térmica de toda a tabela (K = 0,40 kcal·h⁻¹·m⁻¹·°C⁻¹). Por ser o material que mais dificulta a passagem de calor, é o que garante o menor fluxo de calor perdido pelo alimento para o ambiente, mantendo-o aquecido por mais tempo — exatamente o que o enunciado pede.

🏆 Gabarito: E — a cerâmica (material V) tem a menor condutividade térmica da tabela, sendo por isso o melhor isolante e o único material capaz de reter o calor do alimento pelo maior intervalo de tempo.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre os cinco materiais, apenas a cerâmica (V) possui o menor coeficiente de condutividade térmica (0,40), o que torna a alternativa E a única fisicamente coerente com "manter o alimento aquecido por mais tempo".
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente cruza tabelas de condutividade térmica com situações do cotidiano — cabos de panela, isolamento de casas, garrafas térmicas, roupas de frio — testando se o estudante entende que "bom condutor" e "bom isolante" são conceitos opostos.
• Generalização: sempre que a questão pedir para reter ou conservar calor (ou frio), a resposta correta está associada ao menor valor de condutividade térmica; quando pedir para transferir calor rapidamente (aquecer/esfriar rápido), a resposta está no maior valor de K.
• Dica de eliminação rápida: separe mentalmente metais de não metais na tabela — metais (cobre, alumínio, ferro) têm K muito mais altos e podem ser eliminados de imediato quando o enunciado pedir isolamento térmico; restando poucos candidatos, basta comparar os valores numéricos remanescentes.
• Conexões: capacitância térmica e calor específico (calorimetria), Lei de Fourier em construção civil (isolamento de paredes e telhados), funcionamento de garrafas térmicas e isopor.