Um bloco de gelo de 0,5 kg a -10 °C é colocado em contato com água a 20 °C. Qual será a temperatura final do…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um bloco de gelo de 0,5 kg a -10 °C é colocado em contato com água a 20 °C. Qual será a temperatura final do sistema? (use cágua = 4,18 J/(g·°C), cfusão = 334 J/g)
- A) 0 °C
- B) 10 °C
- C) 5 °C
- D) 20 °C
- E) -5 °C
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique o que acontece no sistema. O gelo está a -10 °C e a água a 20 °C. Como o sistema é isolado, o calor cedido pela água é igual ao calor recebido pelo gelo (Q cedido = Q recebido). Passo 2: Veja que o gelo precisa primeiro subir de -10 °C até 0 °C e, depois, derreter. Para isso, ele recebe calor da água. Passo 3: A água, ao esfriar de 20 °C até 0 °C, cede calor de forma sensível, calculado por Q = m x c_água x variação de temperatura. Esse calor pode aquecer o gelo e derreter parte dele, mas, enquanto houver mistura de gelo e água, a temperatura do sistema permanece fixa em 0 °C, a temperatura de fusão. Passo 4: Sem a mudança de fase, a temperatura final seria um valor entre -10 °C e 20 °C, mas o calor latente de fusão (334 J/g) faz o sistema parar em 0 °C enquanto ocorre a fusão. Passo 5: Portanto, a temperatura final é 0 °C, com gelo e água coexistindo em equilíbrio, e a alternativa correta é a A. Passo 6: Por que as outras estão erradas. A B (10 °C) não pode ocorrer, pois a água não consegue aquecer o sistema acima de sua própria temperatura inicial. A C (5 °C) é a média aritmética entre -10 °C e 20 °C, o que ignora a mudança de fase. A D (20 °C) supõe que a água mantém sua temperatura, o que contraria a troca de calor com o gelo. A E (-5 °C) é uma temperatura abaixo da de fusão, o que exigiria o sistema estar todo em forma sólida, o que não é possível com a água cedendo calor.
💡 Dica: Calcule a energia necessária para o gelo derreter e iguale à energia perdida pela água.
Alternativa por alternativa
O calor do gelo derretendo iguala o calor da água resfriando.
Acredita que a temperatura final fica próxima de 10 °C, talvez ao tirar a média entre 0 °C e 20 °C, ignorando que o gelo absorve calor e a água não pode aquecer o sistema acima da sua temperatura inicial.
Calcula a média aritmética entre -10 °C e 20 °C, tratando a troca de calor como se fosse uma simples mistura de temperaturas, sem considerar a fusão do gelo.
Por que engana: Nao considerar a energia necessaria para a fusao do gelo, calculando apenas o aquecimento ou resfriamento sem a troca de fase.
Supõe que a água mantém sua temperatura inicial de 20 °C, como se o gelo não absorvesse calor, desconsiderando a troca de energia entre os dois corpos.
Pensa que o gelo continua sólido e sua temperatura cai abaixo de 0 °C, ou faz uma média com sinal trocado, sem perceber que a temperatura de equilíbrio não pode ficar abaixo do ponto de fusão enquanto houver gelo derretendo.
Raio-X da questão
calor específico e fusão
avaliacao
calor especifico e fusao · troca de calor e equilibrio termico
Revisar os conceitos de calor específico e mudanças de estado físico.
Nao considerar a energia necessaria para a fusao do gelo, calculando apenas o aquecimento ou resfriamento sem a troca de fase.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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