Em uma atividade de laboratório sobre mudanças de estado, um grupo coloca 200 g de água a 60 °C em um…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma atividade de laboratório sobre mudanças de estado, um grupo coloca 200 g de água a 60 °C em um recipiente termicamente isolado. Em seguida, acrescenta 50 g de gelo a 0 °C. Considere que não há troca de calor com o ambiente, que o calor específico da água é 4,18 J/(g·°C) e que o calor latente de fusão do gelo é 334 J/g. Após o equilíbrio térmico, todo o gelo derreteu. Com base nos dados do experimento, qual é, aproximadamente, a temperatura final do sistema após o estabelecimento do equilíbrio térmico?
- A) Aproximadamente 60 °C
- B) Aproximadamente 80 °C
- C) Aproximadamente 20 °C
- D) Aproximadamente 32 °C
- E) Aproximadamente 40 °C
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique as trocas de calor. A água quente (200 g a 60 °C) cede calor até a temperatura final T. O gelo (50 g a 0 °C) absorve calor para derreter e depois para aquecer a água resultante de 0 °C até T.
- Calcule o calor cedido pela água: Q = 200 x 4,18 x (60 - T) = 836 x (60 - T).
- Calcule o calor necessário para derreter todo o gelo: Q = 50 x 334 = 16700 J.
- Calcule o calor para aquecer a água proveniente do gelo de 0 °C até T: Q = 50 x 4,18 x (T - 0) = 209 x T.
- Iguale o calor cedido ao calor absorvido: 836 x (60 - T) = 16700 + 209 x T. Desenvolvendo: 50160 - 836T = 16700 + 209T, logo 33460 = 1045T, e T = 32,0 °C, aproximadamente.
- Compare com o gabarito. O resultado confirma a alternativa D, aproximadamente 32 °C.
- Por que as outras estão erradas. A (60 °C) ignora a absorção de calor pelo gelo. B (80 °C) supõe, sem base, que a mistura esquenta acima da temperatura inicial da água. C (20 °C) subestima a temperatura final, pois o calor de fusão é grande mas a massa de água aquecida é maior que a de gelo. E (40 °C) superestima a temperatura porque o gelo absorve mais calor do que essa estimativa considera.
💡 Dica: Utilize a fórmula de calor para resolver a questão.
Alternativa por alternativa
Acredita que a adição do gelo praticamente não altera a temperatura da água, como se o gelo não absorvesse calor da água quente. Não considera a energia necessária para derreter o gelo.
Supõe que o sistema aquece acima da temperatura inicial da água, como se o gelo liberasse calor ao derreter. Isso contraria o princípio de conservação de energia em sistema isolado.
Subestima a temperatura final, provavelmente por dar peso excessivo ao calor latente ou por errar o balanço entre as massas de água e gelo, resultando em um valor baixo demais.
Por que engana: Confundir a quantidade de calor trocada entre a água e o gelo, não considerando a fusão do gelo.
Como o gelo derreteu completamente, a água inicialmente quente cede energia para fundir o gelo e aquecer a água resultante da fusão. Pela conservação da energia: 200 · 4,18 · (60 − T) = 50 · 334 + 50 · 4,18 · T. Assim, 50160 − 836T = 16700 + 209T, portanto 33460 = 1045T e T ≈ 32 °C.
Calcula o balanço térmico com erro de método, como omitir parte do calor absorvido pelo gelo ou montar mal a equação, chegando a um valor acima do correto.
Raio-X da questão
calor específico e temperatura
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar os conceitos de calor específico e equilíbrio térmico.
Confundir a quantidade de calor trocada entre a água e o gelo, não considerando a fusão do gelo.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Em uma atividade de laboratório escolar, um recipiente termicamente isolado contém 200 g de água inicialmente a 80 °C…
- Em um experimento realizado em um recipiente termicamente isolado, são misturados 200 g de água inicialmente a 80 °C e…
- Em uma aula de Biologia, uma turma analisou a regulação da temperatura corporal e comparou esse fenômeno às trocas de…
- Durante uma atividade de campo, estudantes armazenaram 5,0 kg de água potável a 25 °C em um recipiente termicamente…
- Em um experimento, um bloco de gelo de 100 g é colocado em 400 g de água a 20°C. Após algum tempo, o sistema atinge o…
- Ao preparar uma bebida, uma pessoa coloca 200 g de água a 40 °C em um copo térmico e acrescenta 50 g de gelo a 0 °C…
Todas as questões de Calor Sensível, Latente e Trocas de Calor
🔎 Resolver outra questão
Cole o enunciado e veja a resolução passo a passo, a alternativa correta e por que as outras estão erradas.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog