Um estudante no laboratório de física, por descuido, colocou 200 g de água líquida (calor específico 1…
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
Um estudante no laboratório de física, por descuido, colocou 200 g de água líquida (calor específico 1 cal/(g.ºC)) a 100 ºC no interior de um calorímetro de capacidade térmica 5 cal/ºC, que contém 100 g de água a 20 ºC. A massa de água líquida a 0 ºC, que esse aluno deverá adicionar no calorímetro, para que a temperatura de equilíbrio térmico volte a ser 20 ºC, é (Mackenzie 2013)
- A) 900 g
- B) 800 g
- C) 700 g
- D) 600 g
- E) 500 g
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique o estado inicial. A água quente (200 g a 100 ºC) será misturada ao sistema que já está a 20 ºC (calorímetro de 5 cal/ºC com 100 g de água a 20 ºC). Como o calorímetro e a água de 100 g já estão em 20 ºC, o objetivo é que o equilíbrio final também seja 20 ºC. Passo 2: Calcule o calor cedido pela água quente até 20 ºC. Q = m·c·ΔT = 200 · 1 · (100 − 20) = 16000 cal. Passo 3: Calcule o calor que a água fria deve absorver para ir de 0 ºC até 20 ºC. Q = m · 1 · (20 − 0) = 20m. O calorímetro e a água de 100 g não trocam calor, pois já estão em 20 ºC. Passo 4: Iguale os calores, pois o sistema é isolado: 20m = 16000, logo m = 800 g. Passo 5: Por que as outras estão erradas: a 900 g, 700 g, 600 g e 500 g não satisfazem a igualdade 20m = 16000, pois cada uma resulta em um calor absorvido diferente de 16000 cal. O gabarito oficial B está correto e coincide com a resolução feita aqui.
💡 Dica: Use o princípio da conservação de energia para calcular a massa necessária.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente calculou o calor cedido pela água quente com variação de temperatura incorreta (por exemplo, 90 ºC em vez de 80 ºC) ou somou parcelas que não pertencem ao balanço, chegando a 18000 cal e, portanto, a 900 g.
CORRETA. Considerando o calor cedido pela água quente e pelo calorímetro e o calor absorvido pela água fria e pela água a 0 ºC (incluindo o calor de fusão), a massa correta de água a 0 ºC é 800 g.
O aluno provavelmente usou uma variação de temperatura errada no calor da água quente (cerca de 70 ºC) ou errou na subtração 100 − 20, obtendo 14000 cal e chegando a 700 g.
O aluno provavelmente considerou que a temperatura final de equilíbrio é 40 ºC, ou tomou uma variação de cerca de 60 ºC, obtendo 12000 cal e chegando a 600 g. Pode ter confundido a temperatura final com o valor pedido no enunciado.
O aluno provavelmente aplicou uma diferença de temperatura de cerca de 50 ºC no balanço térmico, ou não converteu corretamente a energia para a água fria, obtendo 10000 cal e chegando a 500 g. Também pode ter ignorado a capacidade térmica do calorímetro de forma inconsistente.
Raio-X da questão
equilibrio termico, calor especifico
avaliacao
calor especifico e calorimetria · equilibrio termico
Estude calorimetria e equilibrio termico para resolver a questao.
Confundir as trocas de calor entre os corpos e nao considerar a capacidade termica do calorimetro.
pensamento_critico
cientifico
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