(Dif.2) Um bloco de alumínio (m=100 g, c=900 J·kg?¹·K?¹) a 100 °C é colocado em 200 g de água a 20 °C…
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
(Dif.2) Um bloco de alumínio (m=100 g, c=900 J·kg?¹·K?¹) a 100 °C é colocado em 200 g de água a 20 °C. Despreze perdas ao ambiente. Determine a temperatura de equilíbrio (Tf).
- A) Tf = 0 °C, toda a energia do bloco é perdida
- B) Tf = 100 °C, a temperatura do bloco não muda
- C) Tf ˜ 27.7 °C
- D) Tf = 50 °C, média aritmética das temperaturas iniciais
- E) Tf = 100 °C, o bloco derrete toda a água
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Identifique os dados. Bloco de alumínio: m = 100 g = 0,1 kg, c = 900 J/(kg·K), temperatura inicial 100 °C. Água: m = 200 g = 0,2 kg, temperatura inicial 20 °C. Como não há perdas para o ambiente, a energia cedida pelo bloco é igual à absorvida pela água: Q_alumínio + Q_água = 0. Passo 2: Use a equação do calor sensível, Q = m·c·(Tf - Ti). Para a água, adota-se calor específico de cerca de 4200 J/(kg·K), valor usual no ensino médio. Passo 3: Monte a equação: 0,1·900·(Tf - 100) + 0,2·4200·(Tf - 20) = 0, ou seja, 90·(Tf - 100) + 840·(Tf - 20) = 0. Passo 4: Resolva: 90·Tf - 9000 + 840·Tf - 16800 = 0, logo 930·Tf = 25800 e Tf ≈ 27,7 °C. Passo 5: Conclusão: a alternativa correta é a C, que coincide com o gabarito oficial. A temperatura final fica entre as duas iniciais, como deve ocorrer em trocas térmicas sem mudança de fase. Passo 6: Por que as outras estão erradas. A: o bloco não perde toda a energia nem vai a 0 °C, pois a água também absorve calor e a temperatura final precisa ficar entre 20 °C e 100 °C. B: o bloco quente esfria, pois cede calor à água; a temperatura só não muda se não houver troca de calor. D: a média aritmética ignora as massas e os calores específicos, que são decisivos nessa troca. E: o alumínio a 100 °C não derrete, porque seu ponto de fusão é muito mais alto, e o equilíbrio térmico não exige derretimento.
💡 Dica: Use a fórmula de conservação de energia para encontrar Tf.
Alternativa por alternativa
Acredita que o bloco perde toda a sua energia térmica, levando o sistema a 0 °C, como se a água não absorvesse calor e a temperatura final pudesse ficar abaixo da inicial da água.
Entende que, por o bloco estar muito quente, sua temperatura não varia ao entrar em contato com a água, confundindo temperatura com quantidade de calor e ignorando a troca térmica.
Equilíbrio: m_al·c_al(100-Tf)=m_água·c_água(Tf-20). 0,1·900·(100-Tf)=0,2·4200·(Tf-20) ? Tf˜27,7 °C.
Faz a média aritmética das temperaturas iniciais, ignorando que a massa e o calor específico de cada substância determinam quanto cada uma muda de temperatura no equilíbrio.
Por que engana: Confundir a média aritmética das temperaturas iniciais como a temperatura de equilíbrio, sem considerar as massas e calores específicos.
Associa o equilíbrio térmico a uma mudança de fase, supondo que o bloco derreta a água ou que a água seja toda vaporizada, o que não ocorre com alumínio a 100 °C.
Raio-X da questão
temperatura de equilíbrio
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar a conservação de energia em trocas térmicas.
Confundir a média aritmética das temperaturas iniciais como a temperatura de equilíbrio, sem considerar as massas e calores específicos.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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