Em uma atividade de laboratório, dois blocos metálicos feitos do mesmo material são colocados em contato…
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, dois blocos metálicos feitos do mesmo material são colocados em contato dentro de um recipiente termicamente isolado. O bloco 1 tem massa de 1,0 kg e temperatura inicial de 80 °C, enquanto o bloco 2 tem massa de 2,0 kg e temperatura inicial de 20 °C. O calor específico do material é 500 J/(kg·K). Após algum tempo, os blocos atingem a mesma temperatura, sem mudança de estado físico e sem troca de calor com o ambiente. Com base nas informações do experimento, qual é a temperatura de equilíbrio térmico dos dois blocos?
- A) Tf = 50 °C
- B) Tf = 80 °C
- C) Tf = 60 °C
- D) Tf = 40 °C
- E) Tf = 20 °C
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique o princípio. Como não há trocas de calor com o ambiente nem mudança de estado, o calor cedido pelo bloco mais quente é igual ao calor recebido pelo mais frio: Q1 + Q2 = 0.
- Escreva a equação com Q = m x c x (Tf - Ti). Como os dois blocos têm o mesmo calor específico (500 J/(kg·K)), ele se cancela, restando m1 x (Tf - 80) + m2 x (Tf - 20) = 0.
- Substitua os valores: 1,0 x (Tf - 80) + 2,0 x (Tf - 20) = 0, ou seja, Tf - 80 + 2Tf - 40 = 0.
- Resolva: 3Tf = 120, logo Tf = 40 °C.
- Confira a coerência física. A temperatura final deve ficar entre 20 °C e 80 °C, e mais perto de 20 °C, pois o bloco 2 tem o dobro da massa e, por isso, absorve mais calor com a mesma variação de temperatura. O resultado 40 °C atende a essas duas condições.
- Por que as outras estão erradas. A (50 °C) é a média aritmética simples, que ignora as massas. B (80 °C) supõe que o bloco quente não muda de temperatura. C (60 °C) resulta de inverter os pesos das massas na média ponderada. E (20 °C) supõe que o bloco frio não muda de temperatura.
- Portanto, o gabarito oficial D está correto.
💡 Dica: Use a fórmula de calor para encontrar a temperatura de equilíbrio.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou a média aritmética simples das temperaturas, (80 + 20)/2 = 50, sem considerar que os blocos têm massas diferentes.
O aluno acredita que a temperatura final é a do bloco mais quente, como se ele não cedesse calor e apenas aquecesse o outro sem mudar a própria temperatura.
O aluno aplicou a média ponderada, mas inverteu os pesos: (1 x 20 + 2 x 80)/3 = 60, atribuindo maior peso ao bloco de menor massa.
Por que engana: Confundir a média aritmética das temperaturas com a temperatura de equilíbrio, levando a uma resposta incorreta.
Como o recipiente é termicamente isolado, o calor perdido pelo bloco mais quente é igual ao calor recebido pelo bloco mais frio. Assim, m1c(T1 − Tf) = m2c(Tf − T2). Substituindo os dados: 1,0 · 500 · (80 − Tf) = 2,0 · 500 · (Tf − 20). O calor específico se cancela, resultando em 80 − Tf = 2Tf − 40. Portanto, 120 = 3Tf e Tf = 40 °C.
O aluno acredita que a temperatura final é a do bloco mais frio, supondo que ele não recebe calor e que apenas o bloco quente muda de temperatura.
Raio-X da questão
temperatura de equilíbrio
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar a conservação de energia em sistemas térmicos.
Confundir a média aritmética das temperaturas com a temperatura de equilíbrio, levando a uma resposta incorreta.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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