Questão 122 do ENEM 2023 — Ciências da Natureza

Para resolver essa questão, precisamos analisar as transformações que ocorrem com a água ao passar pela parede oca do tacho e identificar os tipos de calor envolvidos em cada etapa do processo.

O enunciado nos diz que o vapor de água entra no tacho a uma temperatura inicial de $120\ ^\circ\text{C}$ e sai na forma de água líquida em equilíbrio com vapor a $100\ ^\circ\text{C}$. Vamos dividir esse processo em duas etapas principais:

Resfriamento do vapor

Inicialmente, o vapor de água está a $120\ ^\circ\text{C}$. Para que ele comece a se transformar em líquido (condensar), sua temperatura precisa cair até o ponto de condensação da água, que é $100\ ^\circ\text{C}$. Durante essa queda de temperatura de $120\ ^\circ\text{C}$ para $100\ ^\circ\text{C}$, o estado físico da água não muda (continua sendo vapor). A energia térmica liberada devido exclusivamente à variação de temperatura é chamada de calor sensível.

Condensação do vapor

Ao atingir $100\ ^\circ\text{C}$, o vapor de água começa a mudar de estado físico, transformando-se em água líquida. Durante essa mudança de fase, a temperatura permanece constante em $100\ ^\circ\text{C}$. A energia liberada nesse processo de mudança de estado físico (do gasoso para o líquido) é chamada de calor latente de condensação.

Portanto, a energia total que a parede do tacho transfere para o interior (que será usada para evaporar a água do doce de leite e concentrá-lo) é a soma da energia liberada no resfriamento do vapor e na sua mudança de estado.

Concluímos que a energia utilizada provém do calor sensível (resfriamento de $120\ ^\circ\text{C}$ para $100\ ^\circ\text{C}$) e do calor latente de condensação (transformação de vapor para líquido a $100\ ^\circ\text{C}$).

Isso corresponde à alternativa D.