Questão 104 do ENEM 2021 — Ciências da Natureza

O objetivo da questão é escolher o material que mantenha o alimento aquecido pelo maior intervalo de tempo possível. Para que isso aconteça, o recipiente deve atuar como um bom isolante térmico, ou seja, deve dificultar ao máximo a transferência de calor do alimento para o ambiente externo.

A transferência de calor através das paredes do recipiente ocorre principalmente por condução. A taxa com que esse calor é transferido (fluxo de calor, representado por $\Phi$) pode ser descrita pela Lei de Fourier:

$\Phi = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T}{L}$

Onde:

• $k$ é a condutividade térmica do material;
• $A$ é a área da superfície do recipiente;
• $\Delta T$ é a diferença de temperatura entre o alimento e o ambiente;
• $L$ é a espessura do recipiente.

O enunciado nos diz para considerar recipientes de mesma espessura ($L$). Assumindo que eles tenham o mesmo tamanho (mesma área $A$) e estejam sujeitos à mesma diferença de temperatura ($\Delta T$), o fluxo de calor $\Phi$ dependerá exclusivamente da condutividade térmica $k$.

Como queremos que o alimento perca calor o mais devagar possível, precisamos do menor fluxo de calor $\Phi$. Matematicamente, isso significa que devemos escolher o material com o menor valor de condutividade térmica ($k$).

Analisando a tabela fornecida:

• Cobre (I): $k = 332,0$
• Alumínio (II): $k = 175,0$
• Ferro (III): $k = 40,0$
• Vidro (IV): $k = 0,65$
• Cerâmica (V): $k = 0,40$

O material que apresenta o menor valor de $k$ é a cerâmica, com $0,40 \text{ kcal/h m }^\circ\text{C}$. Por ser o melhor isolante térmico entre as opções, a cerâmica é o material recomendado para manter o alimento aquecido por mais tempo.