Em uma atividade de laboratório escolar, uma estudante mistura 0,400 kg de água a 80 °C com 0,600 kg de água a…
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
Em uma atividade de laboratório escolar, uma estudante mistura 0,400 kg de água a 80 °C com 0,600 kg de água a 20 °C, em um recipiente termicamente isolado. Após algum tempo, o sistema atinge o equilíbrio térmico. Desprezam-se as trocas de calor com o recipiente e com o ambiente. Considere o calor específico da água igual a 4200 J/(kg·°C). Com base nas informações do experimento, determine a temperatura final de equilíbrio térmico da mistura.
- A) Tf = (0,400·80 + 0,600·20)/(0,600 - 0,400) = 220 °C
- B) Tf = (0,400·80 + 0,600·20)/(0,400 + 0,600) = 44 °C
- C) Tf = 0,400·80 + 0,600·20 - 0,400 = 43,6 °C
- D) Tf = (80 + 20)/2 = 50 °C
- E) Tf = (0,400·20 + 0,600·80)/(0,400 + 0,600) = 56 °C
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Água quente: m1 = 0,400 kg e T1 = 80 °C. Água fria: m2 = 0,600 kg e T2 = 20 °C. Como o recipiente é isolado e não há trocas com o ambiente, a soma dos calores trocados é zero: Q1 + Q2 = 0. Passo 2: Escreva a equação do equilíbrio térmico: m1·c·(Tf - T1) + m2·c·(Tf - T2) = 0. O calor específico c aparece em todos os termos e se cancela, pois é o mesmo para as duas porções de água. Passo 3: Isole Tf: Tf = (m1·T1 + m2·T2)/(m1 + m2). Trata-se de uma média ponderada pelas massas, cujo denominador é a massa total. Passo 4: Substitua os valores. Numerador = 0,400·80 + 0,600·20 = 32 + 12 = 44. Denominador = 0,400 + 0,600 = 1,000. Logo Tf = 44 °C. Passo 5: Verificação. A temperatura final está entre 20 °C e 80 °C, como esperado, e está mais próxima de 20 °C porque há mais massa de água fria. Passo 6: Por que as outras estão erradas. A usa a diferença das massas no denominador e obtém 220 °C, valor impossível, pois fica acima da maior temperatura inicial. C subtrai a massa 0,400 em vez de dividir pela massa total, o que não tem sentido físico. D faz média simples das temperaturas e ignora as massas. E troca as massas de lugar com as temperaturas, dando mais peso à água a 80 °C, o que contradiz o enunciado. Conclusão: o gabarito B está correto.
💡 Dica: Use a fórmula de equilíbrio térmico para calcular Tf.
Alternativa por alternativa
O aluno usa a diferença das massas (0,600 - 0,400) como denominador, em vez da soma. Também não percebe que o resultado 220 °C está fora do intervalo entre as temperaturas iniciais.
Por que engana: O aluno pode confundir as temperaturas e as massas, aplicando a fórmula de forma incorreta e resultando em um valor de temperatura final errôneo.
Como o recipiente é termicamente isolado, o calor perdido pela água inicialmente mais quente é igual ao calor recebido pela água inicialmente mais fria. Como as duas porções são da mesma substância, possuem o mesmo calor específico, que se cancela na expressão final. Assim, a temperatura de equilíbrio é a média ponderada pelas massas: Tf = (0,400·80 + 0,600·20)/(0,400 + 0,600) = 44 °C.
O aluno soma os produtos massa·temperatura e depois subtrai a massa 0,400, sem dividir pela massa total. Não entende que a média ponderada exige divisão pela massa total.
O aluno calcula a média aritmética simples das temperaturas, achando que as massas não influenciam o resultado. Com massas diferentes, a temperatura final deve ser mais próxima da temperatura da porção com mais massa.
O aluno troca as massas de lugar com as temperaturas, multiplicando 0,400 por 20 e 0,600 por 80. Isso atribui maior peso à água quente, que é a porção com menor massa.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico
avaliacao
equilíbrio térmico · cálculo de médias ponderadas
Revisar a fórmula de calor específico e equilíbrio térmico.
O aluno pode confundir as temperaturas e as massas, aplicando a fórmula de forma incorreta e resultando em um valor de temperatura final errôneo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Dois volumes de água são misturados: 2,0 kg a 80 °C e 3,0 kg a 20 °C. Considerando calor específico da água c = 4200…
- Em um experimento realizado em um recipiente termicamente isolado, são misturados 200 g de água inicialmente a 80 °C e…
- Em uma atividade de laboratório de uma escola pública brasileira, um recipiente termicamente isolado é usado para…
- Em um calorímetro isolado, 300 g de água a 90 °C são misturados com 200 g de água a 20 °C. Calcule a temperatura final…
- Em uma atividade de laboratório escolar, um recipiente termicamente isolado contém 200 g de água inicialmente a 80 °C…
- Em uma experiencia escolar, 200 g de agua a 20 graus Celsius sao misturados, em um recipiente termicamente isolado, com…
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