Física3ª sérieBNCC EM13CNT101Fácil⏱ longo

Um bloco de cobre de massa m_c = 0,500 kg, capacidade térmica específica c_c = 390 J·kg?¹·K?¹ encontra-se a…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

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

Um bloco de cobre de massa m_c = 0,500 kg, capacidade térmica específica c_c = 390 J·kg?¹·K?¹ encontra-se a T_c,i = 150 °C e é colocado em 0,800 kg de água a T_w,i = 20,0 °C. Despreze perdas para o ambiente. Usando Q = m c ?T, determine a temperatura de equilíbrio T_f do conjunto (em °C).

A) T_f ˜ 150 °C
B) T_f ˜ 100 °C
C) T_f ˜ 0 °C
D) T_f ˜ 120 °C
E) T_f ˜ 27,2 °C

✅ Resposta correta: alternativa E

Resolução passo a passo

Identifique os dados. Cobre: m_c = 0,500 kg, c_c = 390 J/(kg·K), T_c,i = 150 °C. Água: m_w = 0,800 kg, T_w,i = 20,0 °C. O calor específico da água (c_w = 4186 J/(kg·K)) não aparece no enunciado; é um valor tabelado padrão, que adoto aqui. Como não há perdas, o calor cedido pelo cobre é igual ao calor recebido pela água. Passo 2: Escreva a equação de equilíbrio térmico: m_c·c_c·(T_c,i - T_f) = m_w·c_w·(T_f - T_w,i). Passo 3: Substitua os valores: 195·(150 - T_f) = 3348,8·(T_f - 20). Passo 4: Desenvolva: 29250 - 195·T_f = 3348,8·T_f - 66976. Passo 5: Isole T_f: 96226 = 3543,8·T_f, logo T_f ≈ 27,15 °C, ou seja, aproximadamente 27,2 °C. Passo 6: Conclusão. A alternativa correta é a E, que coincide com o gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: A) 150 °C é a temperatura inicial do cobre, o que só ocorreria se não houvesse troca de calor. B) 100 °C está acima da temperatura final possível, pois a água não atinge essa temperatura sem ebulição e o cobre não pode ficar tão quente. C) 0 °C é abaixo da temperatura inicial da água, o que é impossível, já que a água só recebe calor. D) 120 °C fica muito acima da média ponderada real, pois a água tem grande capacidade térmica e absorve boa parte do calor.

💡 Dica: Aplique a conservação de energia para encontrar a temperatura final.

Alternativa por alternativa

A Erradaerro: Conceitual

Supõe que a temperatura final permanece igual à do bloco de cobre, como se ele não cedesse calor à água.

B Erradaerro: Senso comum

Acredita que a água chega a 100 °C, confundindo o equilíbrio térmico com o ponto de ebulição da água, sem qualquer cálculo.

C Erradaerro: Atenção

Imagina que o equilíbrio ocorre na temperatura mais baixa do problema ou inverte o sinal da variação de temperatura, o que leva a resultado abaixo da água inicial.

D Erradaerro: Procedimentala que mais engana

Tenta estimar a média das temperaturas sem ponderar corretamente pelo produto m·c, ou despreza a grande capacidade térmica da água.

Por que engana: O aluno pode confundir a quantidade de calor trocada entre os corpos, aplicando a fórmula de forma incorreta e não considerando a massa e a capacidade térmica da água corretamente.

E Correta

Conservação de energia térmica: m_c c_c (T_c,i - T_f) = m_w c_w (T_f - T_w,i) com c_w = 4186 J·kg?¹·K?¹. Resolver para T_f.

Raio-X da questão

Dificuldade Fácil

Bloom Aplicar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

equilíbrio térmico

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

equilíbrio térmico · calor específico

📚 Reveja

Revisar a fórmula de calor e conservação de energia.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a quantidade de calor trocada entre os corpos, aplicando a fórmula de forma incorreta e não considerando a massa e a capacidade térmica da água corretamente.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

Questões parecidas com resolução

Todas as questões de Transformações e Conservações em Sistemas

🔎 Procurar outra questão

Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.

Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog