Em uma atividade de laboratório realizada ao nível do mar, uma turma aqueceu 1,0 kg de água inicialmente a 20…
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 realizada ao nível do mar, uma turma aqueceu 1,0 kg de água inicialmente a 20 °C, mantida sob pressão atmosférica de 1,0 atm. Para a água, considere o calor específico igual a 4,2 × 10³ J/(kg·°C) e o calor latente específico de vaporização igual a 2,26 × 106 J/kg. O aquecedor forneceu exatamente 2,596 × 106 J ao sistema, sem perdas de calor. Nessas condições, a água atingiu a vaporização completa ao final do processo. Com base nas informações do experimento, qual foi a temperatura final da água no instante em que ela se encontrava completamente vaporizada?
- A) 80 °C
- B) 100 °C
- C) 20 °C
- D) 2260 °C
- E) 120 °C
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Calcule a energia necessária para elevar a água de 20 °C até 100 °C, temperatura de ebulição da água à pressão de 1,0 atm (nível do mar). Q1 = m c Δθ = 1,0 × 4,2 × 10^3 × (100 − 20) = 3,36 × 10^5 J. Passo 2: Calcule a energia necessária para vaporizar toda a massa a 100 °C. Q2 = m L = 1,0 × 2,26 × 10^6 = 2,26 × 10^6 J. Passo 3: Some as duas parcelas: 3,36 × 10^5 + 2,26 × 10^6 = 2,596 × 10^6 J, exatamente o calor fornecido pelo aquecedor. Isso confirma que a água foi aquecida até 100 °C e depois vaporizada completamente. Passo 4: Durante a mudança de fase a temperatura permanece constante, portanto, no instante em que a água está totalmente vaporizada, a temperatura é 100 °C. O gabarito oficial está correto. Por que as outras alternativas estão erradas: 80 °C é apenas a variação de temperatura (100 − 20), e não a temperatura final; 20 °C é a temperatura inicial, válida apenas no começo do aquecimento; 2260 °C confunde o calor latente 2,26 × 10^6 J/kg com uma temperatura; 120 °C supõe que o vapor ultrapassa 100 °C durante a vaporização, o que não acontece sob pressão de 1,0 atm.
💡 Dica: Calcule a temperatura final somando a temperatura inicial ao aumento causado pela vaporização.
Alternativa por alternativa
Confunde a variação de temperatura sofrida pela água (100 − 20 = 80 °C) com a temperatura final da água. Esquece de somar a temperatura inicial ao resultado do aquecimento.
Primeiro, calcula-se o calor necessário para aquecer a água de 20 °C a 100 °C: Q = m·c·ΔT = 1,0 · 4,2 × 10³ · 80 = 3,36 × 10⁵ J. Em seguida, são necessários 2,26 × 10⁶ J para vaporizar completamente a água a 100 °C. A soma é 2,596 × 10⁶ J, exatamente o calor fornecido. Como o experimento ocorre a 1 atm, a vaporização acontece a 100 °C; durante a mudança de estado, o calor recebido altera o estado físico, mas não eleva a temperatura.
Acredita que a temperatura da água permanece igual à inicial durante todo o processo, ignorando o aquecimento e a mudança de fase. Não percebe que a temperatura só fica constante durante a vaporização.
Trata o calor latente de vaporização (2,26 × 10^6 J/kg) como se fosse uma temperatura e a usa diretamente como resposta. Não distingue grandezas com unidades diferentes (J/kg e °C).
Por que engana: O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária para vaporizar a água com a temperatura final, não considerando a temperatura de ebulição.
Supõe que a água vaporizada continua a ser aquecida acima de 100 °C, possivelmente somando 20 °C ao ponto de ebulição. Não sabe que, sob 1,0 atm, a temperatura se mantém constante em 100 °C durante a mudança de fase.
Raio-X da questão
calor de vaporização
avaliacao
calor específico da água · mudanças de estado físico
Revisar os conceitos de calor específico e vaporização da água.
O aluno pode confundir a quantidade de calor necessária para vaporizar a água com a temperatura final, não considerando a temperatura de ebulição.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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