Uma indústria converte 250 g de gelo a -15 °C em água líquida a 25 °C usando vapor saturado a 100 °C que se…
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
Uma indústria converte 250 g de gelo a -15 °C em água líquida a 25 °C usando vapor saturado a 100 °C que se condensa e depois esfria. Use c_ice = 2,09 J·g-1·°C-1, c_water = 4,18 J·g-1·°C-1, L_f = 334 J·g-1, L_v = 2260 J·g-1. Calcule a massa de vapor necessária (g).
- A) ˜ 25 g de vapor, subestimando drasticamente.
- B) ˜ 100 g de vapor, ignorando o cálculo correto do calor.
- C) ˜ 45,7 g de vapor
- D) ˜ 200 g de vapor, acreditando no desperdício desnecessário.
- E) ˜ 15 g de vapor, sem considerar a massa total do gelo.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Calcule o calor para aquecer o gelo de -15 °C até 0 °C: Q1 = 250 x 2,09 x 15 = 7837,5 J. Passo 2: Calcule o calor para fundir todo o gelo a 0 °C: Q2 = 250 x 334 = 83500 J. Passo 3: Calcule o calor para aquecer a água de 0 °C até 25 °C: Q3 = 250 x 4,18 x 25 = 26125 J. Passo 4: Some o calor total absorvido pelo gelo: Q_total = 7837,5 + 83500 + 26125 = 117462,5 J. Passo 5: Para cada grama de vapor, o calor liberado é a condensação mais o resfriamento da água de 100 °C até 25 °C: q_vapor = 2260 + 4,18 x 75 = 2260 + 313,5 = 2573,5 J/g. Passo 6: Iguale o calor cedido pelo vapor ao calor absorvido pelo gelo, pois não há perdas: m = 117462,5 / 2573,5 = aproximadamente 45,6 g. Esse valor é o mais próximo da alternativa C, que é a resposta correta, e a diferença de 0,1 g é apenas arredondamento das etapas. Passo 7: Por que as outras estão erradas: a A (25 g) é pequena demais para fornecer os mais de 117 kJ necessários; a B (100 g) só seria adequada se o vapor liberasse muito mais calor do que o calculado; a D (200 g) excede em muito a necessidade; a E (15 g) ignora que o gelo tem 250 g e precisa de muito mais energia.
💡 Dica: Calcule a energia necessária para cada etapa do processo.
Alternativa por alternativa
Provavelmente considerou apenas parte do calor envolvido, como a condensação isolada, ou fez a conta com a massa de gelo em vez do calor total, obtendo um valor muito pequeno.
Supôs que o vapor deveria fornecer cerca de 100 g por intuição, sem realizar o cálculo do calor total absorvido pelo gelo nas três etapas (aquecimento, fusão e aquecimento da água).
Por que engana: O aluno pode subestimar a quantidade de vapor necessária ao não considerar todas as etapas do aquecimento e mudança de estado do gelo.
Energia necessária: aquecer gelo (-15?0), fundir, aquecer água (0?25): Q˜117462,5 J. Energia liberada por 1 g de vapor: L_v + c_water·(100-25) ˜ 2260 + 313,5 = 2573,5 J·g-1. m = Q/2573,5 ˜ 45,7 g.
Acreditou que o vapor precisa de uma massa muito maior do que a necessária, possivelmente por dividir o calor total pelo calor de condensação sem ajustar a energia extra do resfriamento, ou por erro de cálculo.
Confundiu a massa de vapor com a massa de gelo ou desconsiderou a quantidade total de calor a ser absorvida, achando que bastaria uma pequena massa de vapor.
Raio-X da questão
mudança de estado físico
avaliacao
mudança de estado físico · calor específico
Revisar os conceitos de calor específico e mudanças de fase.
O aluno pode subestimar a quantidade de vapor necessária ao não considerar todas as etapas do aquecimento e mudança de estado do gelo.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Descreva e calcule a energia total necessária para converter 100 kg de gelo a -10 °C em vapor a 120 °C. Considere c_ice…
- Para resfriar 500 g de água de 25,0 °C a 5,0 °C usa-se gelo seco (CO2 sólido) que sublima absorvendo calor. Dados…
- Uma caldeira remove 2500 kJ de calor condensando vapor d'água. Considerando L_vap(H2O) = 2260 kJ·kg?¹, determine a massa…
- Calcule a energia total que deve ser retirada para transformar 250 g de água a 25 °C em gelo a -5 °C. Use c_liq = 4,18…
- Um produtor precisa reduzir o teor de água de 1,00 kg de produto úmido de 40,0% m/m para 12,0% m/m. Calcule a energia…
- Calcule a energia liberada quando 100,0 g de vapor d'água a 100,0 °C se condensam e a água formada é resfriada até 20,0…
Todas as questões de Calor Sensível, Latente e Trocas de Calor
🔎 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