Questão 48 do ENEM 2013 — Ciências da Natureza

O experimento compara duas garrafas idênticas na forma, mas de cores diferentes — uma preta e uma branca —, cada uma com um termômetro. Elas passam por uma fase de aquecimento (fonte de luz/calor ligada) e outra de resfriamento (fonte desligada). A pergunta é como se comporta a taxa de variação da temperatura da garrafa preta em relação à da branca em cada fase.

O conceito-chave é a irradiação térmica: a cor e o acabamento da superfície determinam o quanto um corpo absorve e emite calor por radiação.

Superfícies escuras, sobretudo o preto fosco, são ótimas absorvedoras de radiação — por isso uma roupa preta esquenta mais ao sol do que uma branca. A superfície branca reflete boa parte da radiação e absorve pouco.

Há, porém, um princípio fundamental (associado à Lei de Kirchhoff da radiação térmica): um bom absorvedor de calor é também um bom emissor. Ou seja, o mesmo corpo que absorve radiação com eficiência também a libera com eficiência.

Aplicando às duas etapas:

Durante o aquecimento

Com a fonte ligada, a garrafa preta absorve a radiação recebida com muito mais eficiência que a branca. Logo, sua temperatura sobe mais rápido: a taxa de variação da garrafa preta é maior no aquecimento.

Durante o resfriamento

Com a fonte desligada, as garrafas — agora mais quentes que o ambiente — perdem calor emitindo radiação. Como a superfície preta é melhor emissora, ela perde calor mais rápido, e sua temperatura cai de forma mais acentuada: a taxa de variação da garrafa preta também é maior no resfriamento.

Assim, a garrafa preta é mais eficiente nas trocas de calor por radiação tanto para ganhar quanto para perder energia. Sua taxa de variação de temperatura é maior no aquecimento e maior no resfriamento, o que corresponde à alternativa E.