Questão 112 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termodinâmica (Lei Zero da Termodinâmica e equilíbrio térmico)
• ⚡ Nível: Fácil — exige apenas reconhecer um conceito fundamental do dia a dia, sem cálculos ou fórmulas
• 🎯 Tema/Habilidade: Equilíbrio térmico e a Lei Zero da Termodinâmica; compreender fenômenos e processos térmicos em situações cotidianas
• 🏆 Gabarito: C — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Do ponto de vista da termodinâmica, por que é preciso esperar três minutos com o termômetro em contato com o corpo?"
• Palavras-chave decisivas: três minutos em contato, bulbo preenchido com mercúrio, de acordo com a termodinâmica
• Armadilha típica: confundir "temperatura" com "calor" e com "energia interna" — são grandezas fisicamente distintas, e as alternativas foram construídas exatamente para explorar essa confusão.
• O que a resposta precisa demonstrar: o candidato precisa saber que a leitura confiável de temperatura só é possível quando cessa a troca líquida de calor entre termômetro e corpo, isto é, quando ambos atingem a mesma temperatura — o equilíbrio térmico.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Calor: é energia térmica em trânsito, que flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, cessando quando as temperaturas se igualam. Calor não é algo que os corpos "possuem" — é energia transferida durante um processo.
• Equilíbrio térmico: estado em que dois corpos em contato térmico deixam de trocar calor entre si porque atingiram a mesma temperatura. É a condição física que garante que o valor lido no termômetro corresponda à temperatura real do corpo medido.
• Lei Zero da Termodinâmica: estabelece que, se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro, eles estão em equilíbrio térmico entre si. É essa lei que fundamenta o próprio conceito de temperatura e justifica o uso do termômetro como instrumento de medida: o termômetro (terceiro sistema) entra em equilíbrio com o corpo, e a temperatura que ele indica passa a ser, por definição, a temperatura do corpo.
• Dilatação térmica do mercúrio: o funcionamento físico do termômetro de bulbo se baseia na dilatação volumétrica do mercúrio líquido conforme sua temperatura aumenta, fazendo a coluna subir pelo tubo capilar. Esse processo de dilatação não é instantâneo — leva tempo até o mercúrio "acompanhar" a temperatura do corpo, e é justamente esse tempo de acomodação que a orientação dos três minutos garante.
• Energia interna: é a soma das energias cinéticas e potenciais das partículas que constituem um sistema. Dois corpos podem ter a mesma temperatura (equilíbrio térmico) sem ter a mesma energia interna, pois esta também depende da massa, do calor específico e do estado físico da substância — por isso energia interna não é o critério correto aqui.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "deve ficar três minutos em contato com o corpo para aferir a temperatura" → revela que o tempo de espera é uma condição necessária para que a medição seja válida, ou seja, algo precisa "acontecer" fisicamente nesse intervalo antes que o número exibido seja confiável.
• Evidência 2: "bulbo preenchido com mercúrio conectado a um tubo capilar de vidro" → informa o mecanismo físico do instrumento: a leitura depende da dilatação do mercúrio, que só reflete corretamente a temperatura do corpo depois que o calor trocado entre corpo e termômetro cessa.
• Síntese: o enunciado conecta o tempo de espera ao mecanismo de dilatação térmica, apontando que a pausa de três minutos serve para permitir que o mercúrio termine de trocar calor com o corpo e "acompanhe" sua temperatura — ou seja, para que se estabeleça o equilíbrio térmico entre termômetro e corpo, condição sem a qual a leitura seria imprecisa (ainda em processo de variação).

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Entendendo o que acontece fisicamente no contato termômetro-corpo

Quando o bulbo do termômetro (inicialmente à temperatura ambiente, mais fria) encosta na pele, existe uma diferença de temperatura entre o corpo humano e o mercúrio. Por essa diferença, calor flui espontaneamente do corpo (mais quente) para o mercúrio (mais frio), fazendo-o se dilatar e a coluna subir no capilar. Esse fluxo de calor não é instantâneo: depende da condução de calor através do vidro do bulbo e da capacidade térmica do mercúrio.

Subpasso 4.2 — Por que o tempo de três minutos é necessário

Enquanto a temperatura do mercúrio ainda está subindo, o valor indicado no termômetro está abaixo do valor real da temperatura corporal — a leitura, se feita cedo demais, seria imprecisa. À medida que o tempo passa, a diferença de temperatura entre corpo e termômetro diminui, e o fluxo de calor vai se tornando cada vez mais lento, até cessar completamente. Nesse ponto, corpo e termômetro atingem a mesma temperatura: é o equilíbrio térmico. Os três minutos são o intervalo estimado pelo fabricante para que esse equilíbrio seja efetivamente alcançado.

Subpasso 4.3 — Verificação

Uma vez atingido o equilíbrio térmico, não há mais troca líquida de calor entre corpo e termômetro, e a coluna de mercúrio para de subir — estabilizando-se em um valor que corresponde exatamente à temperatura do corpo. É exatamente esse estado — "equilíbrio térmico entre os corpos" — que justifica a espera indicada no manual, confirmando a alternativa C.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) o termômetro e o corpo tenham a mesma energia interna.

❌ Incorreta: energia interna depende de massa, calor específico e estado físico de cada substância, além da temperatura. Termômetro e corpo humano são feitos de materiais muito diferentes (vidro/mercúrio vs. tecidos biológicos), então mesmo em equilíbrio térmico (mesma temperatura) eles jamais terão a mesma energia interna. A questão pede o critério termodinâmico correto para a medição, que é a igualdade de temperatura, não de energia interna.

B) a temperatura do corpo passe para o termômetro.

❌ Incorreta: esse enunciado comete o erro conceitual clássico de tratar "temperatura" como algo que se transfere fisicamente de um corpo a outro, como se fosse uma substância. Na termodinâmica, o que se transfere entre corpos em contato é calor (energia térmica), não temperatura. A temperatura é uma propriedade de estado de cada corpo, que se iguala como consequência da troca de calor — ela não "passa" de um para o outro.

C) o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido.

✅ Correta: é exatamente o que a Lei Zero da Termodinâmica estabelece. O tempo de espera existe para que cesse a troca de calor entre corpo e termômetro, fazendo com que ambos atinjam a mesma temperatura. Só nesse estado de equilíbrio térmico a leitura do mercúrio no capilar corresponde de fato à temperatura do corpo, e não a um valor intermediário do processo de aquecimento do termômetro.

D) a quantidade de calor dos corpos seja a mesma.

❌ Incorreta: calor não é uma grandeza que os corpos "possuem" e da qual se possa comparar quantidades — calor é energia em trânsito, existente apenas durante o processo de troca térmica. Falar em "quantidade de calor de um corpo" é um erro conceitual recorrente que a banca explora para testar se o estudante confunde calor com energia interna ou temperatura.

E) o calor do termômetro passe para o corpo.

❌ Incorreta: além de repetir o erro de tratar calor como algo "possuído" pelos corpos, essa alternativa inverte o sentido real do fluxo de energia. Como o corpo humano geralmente está mais quente que o termômetro no início da medição, é o calor do corpo que flui para o termômetro (e não o contrário), até o equilíbrio ser atingido.

🏆 Gabarito: C — o tempo de três minutos existe para permitir que cesse a troca de calor entre corpo e termômetro, estabelecendo o equilíbrio térmico que garante uma leitura confiável da temperatura.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: somente a alternativa C emprega corretamente os conceitos termodinâmicos: temperatura não "passa" de um corpo a outro (elimina B), calor não é algo que os corpos "têm" em quantidade fixa (elimina D e E), e energia interna não é a grandeza que se iguala na medição (elimina A). O único conceito coerente com a física da medição de temperatura é o equilíbrio térmico.
• Padrão de cobrança: o ENEM recorrentemente cobra a distinção entre calor, temperatura e energia interna em contextos do cotidiano — termômetros, geladeiras, garrafas térmicas, ar-condicionado — testando se o estudante entende que calor é processo (energia em trânsito), enquanto temperatura e energia interna são propriedades de estado.
• Generalização: sempre que uma questão de termodinâmica envolver "tempo de espera para medir algo" ou "corpos em contato", pense primeiro na Lei Zero da Termodinâmica e no conceito de equilíbrio térmico — é quase sempre esse o fio condutor da resposta correta.
• Dica de eliminação rápida: risque de cara qualquer alternativa que trate "calor" ou "temperatura" como substância que "passa" de um corpo para o outro (erro de linguagem comum em provas) — isso já elimina B, D e E em poucos segundos, restando apenas a disputa entre "energia interna" (A) e "equilíbrio térmico" (C).
• Conexões: temas relacionados incluem calorimetria (troca de calor entre corpos com capacidades térmicas diferentes) e as escalas termométricas (Celsius, Kelvin, Fahrenheit), ambos assuntos frequentes em Física no ENEM.