Questão 58 do ENEM 2012 — Ciências da Natureza

O funcionamento do chuveiro elétrico

Para entender o que acontece quando alteramos o fluxo de água em um chuveiro elétrico, precisamos analisar como a água é aquecida. O aquecimento ocorre devido ao efeito Joule: a corrente elétrica passa pela resistência do chuveiro, gerando calor, que é então transferido para a água.

A potência elétrica ($P$) do chuveiro, para uma mesma posição da chave (verão ou inverno), é constante. A quantidade de calor ($Q$) que a resistência transfere para uma certa porção de água depende do tempo ($\Delta t$) em que essa água fica em contato com ela, conforme a relação:

$Q = P \cdot \Delta t$

Analisando o fluxo de água

Quando abrimos mais o registro, estamos aumentando a vazão da água, ou seja, o volume de água que passa pelo chuveiro a cada segundo é maior. Consequentemente, a velocidade com que a água atravessa o interior do chuveiro aumenta.

Se a água passa mais rápido, o tempo ($\Delta t$) que cada porção de água passa em contato com a resistência aquecida diminui.

Pela equação da calorimetria, sabemos que a variação de temperatura ($\Delta \theta$) de uma massa de água ($m$) é diretamente proporcional à quantidade de calor recebida:

$Q = m \cdot c \cdot \Delta \theta$

Como o tempo de contato diminui, a quantidade de calor ($Q$) transferida para essa porção de água também será menor. Recebendo menos calor, a água sofrerá um aquecimento menor, resultando em uma temperatura final mais baixa.

Conclusão

Portanto, o aumento do fluxo de água reduz a temperatura do banho porque a água passa menos tempo dentro da câmara de aquecimento, o que diminui a transferência de calor da resistência para a água. Esse raciocínio nos leva diretamente à alternativa correta.