Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.
O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá
- A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
- B) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
- C) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
- D) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
- E) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.
A alternativa correta é letra A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
a) Correta. Após algumas horas no mesmo ambiente, a temperatura das bandejas tenderá a se equilibrar com a temperatura ambiente, ou seja, as bandejas tenderão à mesma temperatura (T):
Entretanto, como o alumínio possui maior condutividade térmica, ao entrar em contato com as mãos dos alunos, a bandeja desse material irá trocar calor com as mãos mais rapidamente do que a bandeja de plástico. Como as mãos estão em temperatura mais elevada do que a do ambiente, as mãos perdem calor para a bandeja de alumínio a taxas temporais maiores do que para a bandeja de plástico, causando a sensação de que a bandeja de alumínio está em menor temperatura do que a bandeja de plástico.
Com o gelo, o mesmo tipo de fenômeno ocorrerá: tanto a bandeja de alumínio quanto a bandeja de plástico trocam calor com o gelo, entretanto, por sua condutividade térmica maior, a bandeja de alumínio perde calor para o gelo a taxas maiores do que a bandeja de plástico, de modo que o derretimento do gelo será mais rápido na bandeja de alumínio.
b) Incorreta. As temperaturas iniciais das bandejas são iguais.
c) Incorreta. Lembrando que a capacidade térmica é o produto da massa pelo calor específico e que as bandejas possuem mesma massa, não se pode afirmar que a capacidade térmica da bandeja de plástico é necessariamente maior do que a do alumínio, pois o plástico representa uma família de materiais, com calores específicos diversos, variando de em polietilenos (material mais provável para a bandeja) a em policarbonatos, enquanto o calor específico do alumínio é cerca de
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Mesmo se a capacidade térmica da bandeja de plástico for maior do que a da bandeja de alumínio, esse fator apenas determina que, para uma mesma quantidade de calor trocado, a variação de temperatura da bandeja de plástico será menor, em módulo, do que a variação da temperatura da bandeja de alumínio, mas não permite avaliar qual das bandejas trocará calor mais rapidamente com o gelo, sendo este o fator importante para determinar qual bandeja promoverá o derretimento mais rápido do gelo, pois a velocidade do derretimento é determinado pela velocidade da troca de calor e esta pela condutividade térmica e não pela capacidade térmica.
d) Incorreta. Vide comentários da alternativa C.
e) Incorreta. Em um mesmo intervalo de tempo, o derretimento do gelo será maior na bandeja de alumínio.