Em um experimento de laboratório, 500 g de água inicialmente a 20 °C são aquecidos por uma resistência…
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 um experimento de laboratório, 500 g de água inicialmente a 20 °C são aquecidos por uma resistência elétrica de potência constante igual a 1 000 W, durante 7 minutos. Considere que não há perdas de energia para o ambiente, que o calor específico da água é 4,2 J/(g °C) e que o calor latente de vaporização da água é 2 260 J/g. Ao final do aquecimento, qual é aproximadamente a massa de água que se transformou em vapor?
- A) A massa de água vaporizada foi aproximadamente 112 g.
- B) A massa de água vaporizada foi aproximadamente 150 g.
- C) A massa de água vaporizada foi aproximadamente 60 g.
- D) A massa de água vaporizada foi aproximadamente 186 g.
- E) A massa de água vaporizada foi aproximadamente 100 g.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- Calcule a energia fornecida pela resistência. Potência de 1000 W durante 7 min, ou seja 420 s: energia = 1000 x 420 = 420000 J.
- Calcule a energia usada apenas para elevar a temperatura da água de 20 °C até 100 °C (início da ebulição). Q1 = m x c x ΔT = 500 x 4,2 x 80 = 168000 J.
- Subtraia para achar a energia disponível para vaporizar parte da água: 420000 - 168000 = 252000 J.
- Essa energia vaporiza massa m = Q2 / L = 252000 / 2260 ≈ 111,5 g, que arredondada é aproximadamente 112 g. Portanto a alternativa A está correta e coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas: a B (150 g) não corresponde a nenhuma subtração correta das parcelas de energia; a C (60 g) subestima a energia disponível; a D (186 g) usa a energia total de 420000 J sem descontar o aquecimento de 20 °C a 100 °C; a E (100 g) resulta de uma divisão de 252000 J por um valor próximo de 2520, em vez de 2260.
💡 Dica: calcule energia total, subtraia energia para aquecer água antes de vaporizar
Alternativa por alternativa
A resistência fornece Q = P.t = 1 000 x 420 = 420 000 J. Para aquecer a água de 20 °C a 100 °C, são necessários 168 000 J. Restam 252 000 J para a vaporização, correspondendo a 252 000/2 260 aproximadamente 112 g.
O aluno provavelmente errou o cálculo da energia disponível para a vaporização, por exemplo na conversão do tempo ou na subtração das parcelas de energia, chegando a um valor de energia que não corresponde ao processo descrito.
O aluno provavelmente subestimou a energia que sobra para vaporizar a água, descontando uma parcela de aquecimento maior do que a correta ou errando a potência ou o tempo usados no cálculo.
O aluno calculou apenas a energia total 420000 J dividida pelo calor latente (420000 / 2260 ≈ 186 g), esquecendo que parte da energia precisa ser usada para aquecer a água de 20 °C até 100 °C antes de ocorrer a vaporização.
Por que engana: confundir calor para elevar temperatura com calor para vaporizar
O aluno provavelmente fez a subtração correta (252000 J), mas dividiu por um valor próximo de 2520 em vez de 2260, o que indica erro de cálculo ou de leitura do calor latente fornecido.
Raio-X da questão
energia térmica e mudanças de fase da água
calcular energia par
unidade de potência e tempo · conversão entre joule e watt segundo
calor sensível e latente
confundir calor para elevar temperatura com calor para vaporizar
sustentabilidade energética
persistência para resolver problema matemático
laboratorial e cotid
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