Em uma aula de Física, estudantes analisaram a troca de energia térmica em um sistema isolado. Um bloco…
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 aula de Física, estudantes analisaram a troca de energia térmica em um sistema isolado. Um bloco metálico aquecido foi colocado em um recipiente com água, e o conjunto foi mantido protegido de correntes de ar e do contato direto com o ambiente. Após alguns minutos, a temperatura da água estabilizou-se, indicando que o sistema havia atingido o equilíbrio térmico. Nesse estado, os corpos em contato apresentam a mesma temperatura, pois não há fluxo líquido de calor entre eles. Nesse experimento, um bloco metálico de 150 g, inicialmente a 100 °C, foi colocado em 250 g de água inicialmente a 20 °C. Após a troca de calor, a água atingiu 25 °C. Considerando desprezíveis as trocas de calor com o ambiente, calcule a temperatura final do bloco metálico.
- A) 50 °C
- B) 100 °C
- C) 25 °C
- D) 75 °C
- E) 20 °C
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Em um sistema isolado, quando se atinge o equilíbrio térmico, todos os corpos em contato ficam com a mesma temperatura. Como a água estabilizou em 25 °C, o bloco metálico, que está em contato térmico com ela, também termina em 25 °C. Passo 2: Para conferir, faça o balanço de calor. A água (250 g, calor específico de 1 cal/(g °C)) recebe Q = 250 x 1 x (25 - 20) = 1250 cal. O bloco de 150 g perde a mesma quantidade de calor, então 150 x c x (100 - 25) = 1250, o que dá c de aproximadamente 0,11 cal/(g °C). Esse valor é compatível com um metal, então os dados são coerentes. O calor específico do bloco não foi informado, mas não é necessário para responder, pois o equilíbrio já determina a temperatura final. Passo 3: A alternativa A (50 °C) está errada, pois não há razão física para o bloco terminar nessa temperatura intermediária sem o equilíbrio com a água em 25 °C. Passo 4: A alternativa B (100 °C) está errada, pois o bloco perde calor e sua temperatura cai. Passo 5: A alternativa D (75 °C) está errada, pois é a variação de temperatura do bloco (100 - 25), e não a temperatura final. Passo 6: A alternativa E (20 °C) está errada, pois é a temperatura inicial da água, que sobe até 25 °C. Passo 7: Conclusão: o gabarito oficial C (25 °C) está correto.
💡 Dica: Aplique a lei da conservação de energia térmica.
Alternativa por alternativa
Acredita que a temperatura final é um valor intermediário qualquer entre as temperaturas iniciais, sem fazer o balanço de energia nem usar o fato de que o equilíbrio é atingido na temperatura da água.
Por que engana: Confundir a direção da troca de calor, assumindo que o bloco de metal se resfriará para a temperatura da água sem considerar suas massas e calor específico.
Supõe que o bloco quente mantém sua temperatura inicial, como se apenas a água mudasse de temperatura, ignorando que o bloco cede calor e esfria até o equilíbrio.
Como o bloco e a água permanecem em contato até atingir o equilíbrio térmico, a temperatura final do bloco deve ser igual à temperatura final da água. Portanto, a temperatura final do bloco é 25 °C. As massas e as temperaturas iniciais seriam necessárias para determinar, por exemplo, a capacidade térmica ou a temperatura final caso ela não tivesse sido informada, mas não alteram essa conclusão.
Calcula a variação de temperatura do bloco (100 - 25 = 75 °C) e a apresenta como se fosse a temperatura final, confundindo variação com temperatura final.
Acredita que a temperatura da água não se altera ou que o bloco fica na temperatura inicial da água, ignorando que a água aquece de 20 °C até 25 °C.
Raio-X da questão
troca de calor
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar a lei da conservação de energia térmica e calor específico.
Confundir a direção da troca de calor, assumindo que o bloco de metal se resfriará para a temperatura da água sem considerar suas massas e calor específico.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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