(Dissertativa) Em um recipiente isolado, um bloco de metal de massa 2,00 kg a 150,0 °C é colocado em 3,00 kg…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
(Dissertativa) Em um recipiente isolado, um bloco de metal de massa 2,00 kg a 150,0 °C é colocado em 3,00 kg de água a 20,0 °C. Considere calor específico da água c_w = 4186 J·kg?¹·K?¹ e do metal c_m = 460 J·kg?¹·K?¹. Usando conservação de energia térmica, determine a temperatura de equilíbrio e discuta se ocorre mudança de fase.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Energia cedida pelo metal = energia absorvida pela água: m_m·c_m·(T_mi - T_f) = m_w·c_w·(T_f - T_wi). Substituindo: 2·460·(150 - T_f) = 3·4186·(T_f - 20). Resolver para T_f: 920·150 - 920·T_f = 12558·T_f - 12558·20 ? 138000 - 920·T_f = 12558·T_f - 251160 ? 138000 + 251160 = 13478·T_f ? T_f = 389160/13478 ˜ 28,9 °C. Como T_f está bem abaixo de 100 °C e acima de 0 °C, não ocorre mudança de fase; água permanece líquida e metal esfria até equilíbrio.
Explicação
A conservação de energia térmica é aplicada ao igualar a energia cedida pelo metal à energia absorvida pela água, permitindo calcular a temperatura de equilíbrio. O resultado obtido, 28,9 °C, indica que tanto a água quanto o metal permanecem em estado líquido, já que a temperatura final está abaixo do ponto de ebulição da água e acima do ponto de congelamento. Assim, não há mudança de fase, e o sistema atinge um equilíbrio térmico sem transições de estado.
Raio-X da questão
conservação de energia térmica
avaliacao
conservação de energia térmica · calor específico
Revisar os conceitos de calor específico e equilíbrio térmico.
O aluno pode confundir a conservação de energia com a transferência de calor, não aplicando corretamente as equações para encontrar a temperatura de equilíbrio.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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