Em uma garrafa térmica, são colocados 200 g de água à temperatura de 30 °C e uma pedra de gelo de 50 g, à…
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 garrafa térmica, são colocados 200 g de água à temperatura de 30 °C e uma pedra de gelo de 50 g, à temperatura de –10 °C. Após o equilíbrio térmico, [FUVEST 2019 - Questão 21] FUVEST - 2019
- A) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 °C.
- B) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0,4 °C.
- C) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 °C.
- D) nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0 °C.
- E) o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é –2 °C.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Identifique as trocas de calor. A agua a 30 °C cede calor ao esfriar ate 0 °C e depois ao congelar, se necessario. O gelo a -10 °C recebe calor para aquecer ate 0 °C e para derreter. Use calor especifico da agua = 1 cal/(g.°C), calor especifico do gelo = 0,5 cal/(g.°C) e calor latente de fusao = 80 cal/g.
- Calcule o calor que a agua pode ceder ate 0 °C: Q = 200 x 1 x (30 - 0) = 6000 cal.
- Calcule o calor necessario para levar o gelo ate 0 °C: Q = 50 x 0,5 x (0 - (-10)) = 250 cal.
- Calcule o calor necessario para derreter todo o gelo: Q = 50 x 80 = 4000 cal. Somando com o passo 3, o gelo precisa de 4250 cal para virar agua a 0 °C.
- Compare. Como 6000 cal e maior que 4250 cal, sobram 1750 cal depois que todo o gelo derrete. Logo, todo o gelo derrete.
- Calcule a temperatura final. Toda a massa agora e agua: 200 + 50 = 250 g. Com 1750 cal restantes, a agua aquece de 0 °C ate T: 1750 = 250 x 1 x (T - 0), logo T = 7 °C. A alternativa A esta correta.
- Por que as outras estao erradas. B: o valor 0,4 °C nao resulta do balanco correto de energia, pois a sobra de calor e de 1750 cal e nao uma quantidade pequena. C: 20 °C nao pode ser a temperatura final, pois a mistura nao pode ficar acima da temperatura inicial da agua quente. D: nao ha gelo restante, porque a agua tem energia suficiente para derreter todo o gelo. E: o gelo derrete, pois 6000 cal sao mais que os 4250 cal necessarios.
💡 Dica: Considere as trocas de calor para água e gelo até o equilíbrio térmico.
Alternativa por alternativa
CORRETA. O calor liberado pela água é suficiente para derreter todo o gelo e a temperatura de equilíbrio é 7 °C.
O aluno provavelmente faz o balanco de energia com um erro de cálculo ou subtrai indevidamente o calor latente, obtendo um resto de energia muito pequeno e uma temperatura final quase zero. Ele nao percebe que, depois de derreter todo o gelo, a massa total de 250 g ainda recebe 1750 cal.
Por que engana: Confundir a quantidade de calor necessária para derreter o gelo com a quantidade de calor disponível na água quente.
O aluno considera apenas a troca de calor sensivel, como se o gelo apenas se aquecesse sem derreter, e faz a media ponderada das temperaturas, chegando a valor proximo de 20 °C. Ignora o calor latente de fusao, que e grande (4000 cal).
O aluno acredita que a agua de 30 °C nao tem energia suficiente para derreter todo o gelo e que a mistura para em 0 °C com gelo restante. Ele nao compara a energia disponivel (6000 cal) com a necessaria (4250 cal).
O aluno intui que 200 g de agua a 30 °C sao pouco para derreter um bloco de gelo a -10 °C, e aplica essa intuicao do dia a dia sem calcular a energia envolvida. Tambem ignora que a temperatura final nao pode ficar abaixo de 0 °C se houver agua liquida.
Raio-X da questão
equilíbrio térmico, calorimetria
avaliacao
equilíbrio térmico · calor específico
Revisar conceitos de calor sensível, calor latente e equilíbrio térmico.
Confundir a quantidade de calor necessária para derreter o gelo com a quantidade de calor disponível na água quente.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cotidiano
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