Quando se agita uma sopa quente através de uma colher metálica, a colher também esquenta. Assim, pode-se afirmar que a transmissão de calor através da colher deveu-se a:
A. Irradiação
B. Condução
C. Radiação
D. Convecção

Passo 1

O enunciado pergunta qual processo de transferência de calor é responsável por a colher metálica esquentar quando se agita uma sopa quente com ela. Informação dada (implícita no enunciado):
  • Há sopa quente (líquido a temperatura maior que a colher).
  • A colher é metálica e entra em contato com a sopa.
  • Ao agitar, a colher aquece (o calor vai da sopa para a colher e percorre a colher).
A pergunta é de múltipla escolha com as alternativas:
A. Irradiação
B. Condução
C. Radiação
D. Convecção

Passo 2

O que é condução (explicação didática e passo a passo)?
  • Condução é o transporte de energia térmica de uma região mais quente para uma região mais fria através do contato direto de matéria, sem movimento global da substância. É o que ocorre dentro de sólidos e também entre superfícies em contato.
  • No nível microscópico em sólidos, a condução ocorre por:
    • Vibração das ligações entre átomos/moléculas (fonons) e
    • Em metais, principalmente por elétrons livres que transportam energia muito eficientemente.
  • Fórmula que descreve a taxa de condução em uma direção unidimensional (Lei de Fourier):
\dot{Q} = -k A \frac{dT}{dx}
onde:
  • \dot{Q} é a potência térmica transferida (energia por unidade de tempo),
  • k é a condutividade térmica do material (maior k → transfere calor mais rápido),
  • A é a área através da qual o calor flui,
  • \dfrac{dT}{dx} é o gradiente de temperatura ao longo da direção do fluxo.
  • Importante: metais têm alto k, por isso aquecem rápido ao serem tocados por algo quente.

Passo 3

O que é convecção (explicação didática)?
  • Convecção é transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento (ou por movimento natural do fluido), envolvendo transporte macroscópico de massa do fluido.
  • Dois tipos: convecção natural (movimento do fluido causado por diferenças de densidade/temperatura) e convecção forçada (quando se agita o fluido, por exemplo).
  • A convecção atua na interface entre sopa e colher: o fluido transporta calor até a superfície da colher, influenciando a taxa com que a superfície recebe calor.

Passo 4

O que é radiação / irradiação (explicação didática e observação sobre termos)?
  • Radiação térmica (às vezes chamada de irradiação) é a emissão de energia em forma de ondas eletromagnéticas (infravermelho) por corpos quentes, que pode atravessar o espaço sem meio material.
  • Não requer contato físico nem movimento do fluido.
  • Observação de vocabulário: “radiação” e “irradiação” representam essencialmente o mesmo mecanismo físico de transferência por ondas eletromagnéticas; as duas alternativas do enunciado (A e C) são redundantes em significado.

Passo 5

Aplicando ao caso da colher na sopa — passo a passo físico e lógico
  1. A sopa quente toca a colher: existe contato direto líquido–sólido. Esse contato permite troca de calor por condução entre as moléculas do líquido na camada imediatamente adjacente e a superfície da colher.
  2. A superfície da colher aquece e, por ser metálica (alto k), o calor se distribui rapidamente ao longo da colher por condução interna — é exatamente o transporte de energia térmica dentro do metal, de regiões mais quentes (parte imersa) para mais frias (ponta ou cabo).
  3. Agitar a sopa aumenta a convecção no líquido: isso faz com que o fluido leve mais rapidamente calor novo para a superfície da colher (convecção forçada), aumentando a taxa com que a superfície recebe calor. Porém, esse efeito descreve como o calor chega à superfície da colher, não como o calor percorre a colher.
  4. A pergunta pede qual foi a transmissão de calor “através da colher” — isto é, o mecanismo responsável por o calor se propagar dentro da própria colher/metalicidade até seu cabo. Esse mecanismo é condução.
  5. Radiação (irradiação) não é o mecanismo predominante aqui: embora exista emissão térmica, o aquecimento rápido do cabo da colher por contato direto com o líquido é explicado por condução; a contribuição da radiação é desprezível comparada à condução e convecção nesse cenário cotidiano.

Passo 6

Resumo conceitual final e escolha
  • A transferência de calor do líquido para a superfície da colher envolve convecção na sopa até a superfície e depois condução na interface e dentro do metal.
  • Como a pergunta foca na transmissão de calor através da colher (isto é, dentro do metal, do ponto imerso para o cabo), o mecanismo certo é condução.

Resposta

B

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