Durante uma aula de Física, estudantes analisaram o aproveitamento de calor em um recipiente térmico. 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
Durante uma aula de Física, estudantes analisaram o aproveitamento de calor em um recipiente térmico. Em um experimento idealizado, 500 g de água inicialmente a 70 °C foram colocados em contato com um bloco metálico de 200 g inicialmente a 20 °C. O recipiente foi considerado termicamente isolado, de modo que não houve troca de calor com o ambiente. Considere o calor específico da água igual a 4,18 J/(g·°C) e o do metal igual a 0,385 J/(g·°C). Após o equilíbrio térmico, água e metal atingem a mesma temperatura. Com base nas informações do experimento, qual é aproximadamente a temperatura final de equilíbrio do sistema?
- A) 68,2 °C
- B) 55,7 °C
- C) 70,0 °C
- D) 45,0 °C
- E) 20,0 °C
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique o princípio usado. Como o recipiente é isolado, o calor cedido pela água é igual ao calor recebido pelo metal, ou seja, a soma das quantidades de calor trocadas é zero: m_água·c_água·(Tf - 70) + m_metal·c_metal·(Tf - 20) = 0. Passo 2: Substitua os dados. Para a água, 500 × 4,18 = 2090 J/°C. Para o metal, 200 × 0,385 = 77 J/°C. A equação fica 2090·(Tf - 70) + 77·(Tf - 20) = 0. Passo 3: Desenvolva. 2090·Tf - 146300 + 77·Tf - 1540 = 0, logo 2167·Tf = 147840. Passo 4: Calcule. Tf = 147840 / 2167, que é aproximadamente 68,2 °C. Passo 5: Conclusão. A temperatura final é cerca de 68,2 °C, que corresponde à alternativa A, igual ao gabarito oficial. Verificação do resultado: a temperatura final fica entre 20 °C e 70 °C, como deve ocorrer, e mais próxima de 70 °C porque a água tem massa e calor específico maiores e, portanto, maior capacidade térmica. Por que as outras estão erradas: a alternativa B (55,7 °C) não resulta da equação de equilíbrio com os dados corretos; a alternativa C (70,0 °C) suporia que a água não cede calor, o que contraria o enunciado; a alternativa D (45,0 °C) é a média aritmética simples das temperaturas, ignorando massas e calores específicos; a alternativa E (20,0 °C) suporia que a água cede calor sem que o metal aqueça, o que viola a conservação de energia.
💡 Dica: Aplique a fórmula de equilíbrio térmico para encontrar a temperatura final.
Alternativa por alternativa
A água perde calor, enquanto o bloco metálico recebe a mesma quantidade de calor. Como o sistema é isolado, aplica-se a conservação da energia: 500 · 4,18 · (70 − T) = 200 · 0,385 · (T − 20). A resolução dessa equação fornece T ≈ 68,2 °C.
Provavelmente fez uma média ponderada com pesos errados, como trocar massas ou calores específicos entre a água e o metal, ou errou o arredondamento de uma etapa do cálculo.
Por que engana: Confundir a quantidade de calor trocada entre a água e o metal, não aplicando corretamente a fórmula de calor específico.
Acredita que a água, por já estar mais quente, não perde temperatura e apenas o metal muda, ignorando que o sistema troca calor até o equilíbrio.
Calculou a média aritmética simples entre 70 °C e 20 °C, ignorando que massas e calores específicos diferentes determinam o peso de cada corpo na temperatura final.
Imagina que o metal permanece na temperatura inicial ou que a água se iguala à temperatura do bloco, sem perceber que ambos trocam calor e atingem uma temperatura comum.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico
avaliacao
equilíbrio térmico · calor específico
Revisar os conceitos de calor específico e equilíbrio térmico.
Confundir a quantidade de calor trocada entre a água e o metal, não aplicando corretamente a fórmula de calor específico.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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