Uma peça metálica de massa 0,200 kg inicialmente a 100 °C é colocada em 0,300 kg de água a 20 °C. Após…
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
Uma peça metálica de massa 0,200 kg inicialmente a 100 °C é colocada em 0,300 kg de água a 20 °C. Após equilíbrio térmico a temperatura fica 25 °C. Considerando c_água = 4200 J·kg?¹·°C?¹ e desprezando perdas, determine o calor específico do metal em J·kg?¹·°C?¹.
- A) c_metal = 420 J·kg?¹·°C?¹
- B) c_metal = 600 J·kg?¹·°C?¹
- C) c_metal = 200 J·kg?¹·°C?¹
- D) c_metal = 300 J·kg?¹·°C?¹
- E) c_metal = 500 J·kg?¹·°C?¹
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique o princípio. Sem perdas, o calor cedido pela peça metálica é igual ao calor recebido pela água (Q_cedido + Q_recebido = 0). Passo 2: Calcule o calor recebido pela água. Q_água = m_água x c_água x (T_final - T_inicial) = 0,300 x 4200 x (25 - 20) = 0,300 x 4200 x 5 = 6300 J. Passo 3: Calcule o calor cedido pelo metal, com a variação de temperatura dele, que é de 100 °C para 25 °C. Q_metal = m_metal x c_metal x (25 - 100) = 0,200 x c x (-75) = -15 c. Passo 4: Iguale os módulos: 15 c = 6300, logo c = 6300 / 15 = 420 J·kg^-1·°C^-1. Passo 5: Conclusão: a alternativa correta é a A, e ela coincide com o gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: B (600) não resulta da relação correta entre massas e variações de temperatura; C (200) subestima o calor cedido pelo metal; D (300) decorre de uma troca de dados na equação de equilíbrio; E (500) não corresponde ao valor obtido ao igualar 15c a 6300 J.
💡 Dica: Aplique a fórmula de conservação de energia térmica.
Alternativa por alternativa
Usando conservação de energia: m_metal·c_metal·(T_f-T_mi)+m_água·c_água·(T_f-T_ai)=0 ? c_metal=(m_água·c_água·?T_água)/(m_metal·|?T_metal|)=(0,300·4200·5)/(0,200·75)=420 J·kg?¹·°C?¹.
Provavelmente o aluno errou ao montar a equação de equilíbrio, combinando massa e variação de temperatura de forma inconsistente com a relação Q_água = Q_metal.
Por que engana: O aluno pode confundir a relação entre as massas e as temperaturas, aplicando a fórmula de forma incorreta e obtendo um valor errado para o calor específico.
O aluno pode ter usado uma variação de temperatura incorreta para a peça metálica, como a diferença entre 100 °C e 20 °C, em vez de 100 °C e 25 °C.
Possivelmente o aluno trocou as massas da peça e da água na equação de equilíbrio térmico, o que altera o produto m x ΔT do metal.
O aluno provavelmente fez uma divisão ou multiplicação com erro de cálculo ao isolar c_metal a partir de 15c = 6300.
Raio-X da questão
calor específico do metal
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar a conservação de energia e calor específico.
O aluno pode confundir a relação entre as massas e as temperaturas, aplicando a fórmula de forma incorreta e obtendo um valor errado para o calor específico.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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