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…
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 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 equilíbrio térmico. Considerando que a temperatura de fusão do gelo é 0°C, qual será a temperatura final da água?
- A) 10°C
- B) 15°C
- C) 0°C
- D) 5°C
- E) 20°C
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Identifique as trocas de calor. A água a 20°C cede calor até chegar a 0°C, e o gelo a 0°C absorve esse calor para derreter, pois ainda não há gelo aquecendo. Passo 2: Calcule o calor cedido pela água ao resfriar de 20°C para 0°C, usando Q = m·c·ΔT com c da água = 1 cal/(g·°C): Q = 400 × 1 × 20 = 8000 cal. Passo 3: Calcule o calor necessário para derreter todo o gelo, usando Q = m·L com L de fusão do gelo = 80 cal/g: Q = 100 × 80 = 8000 cal. Passo 4: Compare os valores. O calor cedido pela água (8000 cal) é exatamente igual ao calor necessário para fundir todo o gelo (8000 cal). Assim, a água não tem calor sobrando para aquecer a massa de água resultante, e o equilíbrio ocorre a 0°C, com toda a massa líquida nessa temperatura. Passo 5: Conclusão: a temperatura final é 0°C, alternativa C, que coincide com o gabarito oficial. Passo 6: Por que as outras estão erradas: A (10°C) e B (15°C) exigiriam que sobrasse água acima de 0°C, o que não ocorre porque o calor da água é totalmente usado na fusão; D (5°C) exigiria aquecer toda a massa com o calor disponível, o que é incompatível com o balanço; E (20°C) desconsidera a troca de calor entre a água e o gelo. Observação: se a constante usada for em SI (L = 334 J/g e c = 4,18 J/(g·°C)), o balanço dá cerca de 33440 J contra 33400 J, resultado praticamente idêntico e que leva à mesma conclusão.
💡 Dica: Calcule a troca de calor entre o gelo e a água.
Alternativa por alternativa
Calculou a média simples entre 20°C e 0°C, ignorando as massas diferentes e o calor latente de fusão necessário para derreter o gelo.
Por que engana: O aluno pode confundir a temperatura final com a temperatura inicial da água, acreditando que não haverá mudança na temperatura após a fusão do gelo.
Supôs que o gelo apenas se aquece sem mudar de fase, ou fez um cálculo de média ponderada incorreto, chegando a um valor intermediário sem considerar a fusão.
Toda energia da água vai para fundir o gelo, equilibrando as temperaturas.
Aplicou uma proporção entre as massas (20 dividido por 4, relação de 400 g para 100 g) em vez de igualar os calores trocados, o que não representa o balanço térmico.
Acreditou que o gelo não troca calor com a água ou que a temperatura da água não muda, ignorando a transferência de energia para a fusão do gelo.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico
avaliacao
equilíbrio térmico · calor específico
Revisar os conceitos de calor específico e equilíbrio térmico.
O aluno pode confundir a temperatura final com a temperatura inicial da água, acreditando que não haverá mudança na temperatura após a fusão do gelo.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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