A transferência de calor por radiação pode ser observada realizando-se a experiência de colocar a mesma quantidade de água quente em dois copos metálicos com as mesmas características, sendo que a superfície externa de um deles é pintada de preto (copo 1), e a do outro é espelhada (copo 2). Sabe-se que todo material emite e absorve energia radiante e que bons emissores são também bons absorvedores dessa energia. Ao se colocar um termômetro dentro de cada copo observa-se, após alguns minutos, que a temperatura da água

dos dois copos diminui igualmente.

do copo 1 diminui, e a do copo 2 permanece a mesma.

do copo 2 diminui, e a do copo 1 permanece a mesma.

do copo 2 diminui mais rapidamente do que a do copo 1.

Questão 124 do ENEM 2024 (Ciências da Natureza)

A questão aborda os processos de propagação de calor, mais especificamente a irradiação térmica (ou radiação).

O próprio enunciado nos fornece a chave para resolver o problema ao afirmar que "bons emissores são também bons absorvedores dessa energia". Esse princípio é conhecido na física como a Lei de Kirchhoff para a radiação térmica.

Vamos analisar as características das superfícies de cada copo:

Copo $1$ (superfície preta): Corpos com superfícies escuras, especialmente o preto fosco, são excelentes absorvedores de energia radiante (é por isso que roupas pretas esquentam mais ao sol). Seguindo a regra do enunciado, se a superfície preta é uma boa absorvedora, ela também atua como uma excelente emissora de radiação térmica.
Copo $2$ (superfície espelhada): Superfícies espelhadas, claras ou polidas são péssimas absorvedoras de radiação, pois a sua principal característica é refletir a maior parte da energia que incide sobre elas. Consequentemente, elas também são péssimas emissoras de radiação térmica (é por isso que o interior das garrafas térmicas é espelhado, para evitar a perda de calor por radiação).

Como ambos os copos contêm água quente, eles estão a uma temperatura inicial maior que a do ambiente ( $T_{\text{copo}} > T_{\text{ambiente}}$ ). Por causa dessa diferença de temperatura, ambos perderão calor para o meio externo até atingirem o equilíbrio térmico.

Sendo o copo $1$ (preto) um emissor de calor muito mais eficiente que o copo $2$ (espelhado), ele irradiará sua energia térmica para o ambiente a uma taxa consideravelmente maior.

Como resultado dessa maior taxa de perda de calor, a temperatura da água no copo $1$ diminuirá mais rapidamente do que a temperatura da água no copo $2$ . É importante notar que a temperatura de ambos irá diminuir, o que invalida as alternativas que dizem que a temperatura de um deles permanece a mesma, mas a velocidade de resfriamento será diferente.

Portanto, a temperatura do copo $1$ diminui mais rapidamente do que a do copo $2$ .

Questão 124 do ENEM 2024 — Ciências da Natureza

Resolução comentada