Calor específico da água líquida = 1 cal/(gºC) Densidade da água líquida = 1,0 g/cm³ Calor específico da água…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Calor específico da água líquida = 1 cal/(gºC) Densidade da água líquida = 1,0 g/cm³ Calor específico da água sólida (gelo) = 0,50 cal/(gºC) Calor latente de fusão da água = 80 cal/g Capacidade térmica do recipiente = 50 cal/ºC Durante a realização de certo experimento, um pesquisador necessitou de água líquida a 0ºC. Para obtê-la, pegou um recipiente contendo 400 cm³ de água, que estava no interior de um refrigerador, à temperatura de 5ºC. Em seguida, dispondo de “pedrinhas” de gelo (água sólida) a –20ºC, com 5,0 g de massa cada uma, misturou algumas delas à água do recipiente e atingiu o seu objetivo. Desprezando-se as possíveis trocas de calor com o meio ambiente e considerando os dados da tabela acima, conclui-se que o número mínimo de “pedrinhas” de gelo misturadas à água do recipiente foi (Mackenzie 2011)
- A) 4
- B) 5
- C) 15
- D) 36
- E) 45
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Calcule o calor liberado pela água ao resfriar de 5°C até 0°C. Como 400 cm³ de água têm massa de 400 g (densidade 1,0 g/cm³), Q = 400 x 1 x 5 = 2000 cal.
- Calcule o calor liberado pelo recipiente, que tem capacidade térmica de 50 cal/°C: Q = 50 x 5 = 250 cal. Assim, o total cedido ao sistema é 2000 + 250 = 2250 cal.
- Calcule o calor necessário para cada pedrinha (5,0 g a -20°C) chegar a água líquida a 0°C. Primeiro, aquecer o gelo de -20°C a 0°C: Q = 5 x 0,50 x 20 = 50 cal. Depois, derreter o gelo a 0°C: Q = 5 x 80 = 400 cal. Total por pedrinha: 450 cal.
- Determine o número de pedrinhas: n = 2250 / 450 = 5. Como o resultado é exato, o mínimo necessário é 5 pedrinhas, o que confirma a alternativa B.
- Verifique as demais. A alternativa A (4) não basta, pois 4 pedrinhas absorvem apenas 1800 cal, menos do que os 2250 cal disponíveis. A alternativa C (15) e a D (36) são valores maiores que o mínimo, pois não correspondem ao balanço de calor correto. A alternativa E (45) corresponde a considerar só o aquecimento do gelo, sem o calor latente de fusão, e por isso não é o mínimo.
- Conclusão: o balanço térmico (calor cedido pela água e pelo recipiente igual ao calor absorvido pelo gelo) fornece 5 pedrinhas, de acordo com o gabarito oficial.
💡 Dica: Calcule o equilíbrio térmico considerando as trocas de calor entre água e gelo.
Alternativa por alternativa
Provavelmente ignorou a capacidade térmica do recipiente e dividiu 2000 cal por 450 cal, obtendo 4,44 e truncando o resultado para baixo em vez de arredondar para cima.
CORRETA. Ao calcular o calor necessário para resfriar a água e o recipiente até 0°C e igualar ao calor absorvido pelas pedrinhas de gelo (aquecimento, fusão e aquecimento da água formada), chega-se ao valor mínimo de 5 pedrinhas.
Provavelmente subestimou a energia absorvida por pedrinha, errando no cálculo de uma das parcelas (aquecimento ou fusão), e obteve cerca de 150 cal por pedrinha, o que daria 15 unidades.
Provavelmente errou na massa ou na quantidade de calor usada por pedrinha, obtendo um valor de energia por unidade muito menor que o correto, o que leva a um número alto de pedrinhas.
Provavelmente esqueceu o calor latente de fusão e considerou apenas o aquecimento do gelo de -20°C a 0°C (50 cal por pedrinha), obtendo 2250 / 50 = 45.
Raio-X da questão
troca de calor e equilíbrio térmico
avaliacao
calor específico · calor latente de fusão
estude calor específico, calor latente e equilíbrio térmico
Confundir calor específico com calor latente ou esquecer de considerar todas as trocas de calor no sistema.
pensamento_critico
cientifico
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