Exercícios de calor sensível: questões resolvidas e dicas

Quando comecei a dar aulas de termologia, o tema calor sensível era onde meus alunos mais tropeçavam. Eles decoravam a fórmula Q = m·c·ΔT, mas na hora de resolver um problema de equilíbrio térmico, travavam. Percebi que o problema não era a conta, e sim a falta de treino com situações variadas.

Com o tempo, passei a montar listas com exercícios de calor sensível que misturavam calorimetria, gráficos e situações do cotidiano. Neste texto, reúno as questões que mais uso, com gabarito comentado, e mostro como o GeraProva me poupa horas nessa tarefa.

O que é calor sensível e como ele se calcula?

Calor sensível é a quantidade de energia térmica que um corpo troca quando sua temperatura varia, sem mudar de estado físico. Ele é calculado pela expressão Q = m·c·ΔT, em que m é a massa, c é o calor específico da substância e ΔT é a variação de temperatura. Esse conceito é a base de praticamente todos os exercícios de calorimetria do ensino médio. Quando o aluno entende que o calor específico é uma propriedade de cada material, ele passa a interpretar problemas com água, óleo, metais e até café com leite com muito mais segurança. No GeraProva, os enunciados sobre esse tema já vêm organizados por dificuldade e nível de Bloom, o que facilita escolher a questão certa para cada etapa da turma.

Passo a passo para resolver qualquer problema de calor sensível

• Identifique todos os corpos envolvidos e anote massa, calor específico e temperatura inicial.
• Defina a temperatura final de equilíbrio como incógnita.
• Escreva a soma dos calores trocados igual a zero, quando o sistema é isolado.
• Resolva a equação e confira se o resultado está entre as temperaturas iniciais.

Como resolver problemas de equilíbrio térmico na prática?

O equilíbrio térmico acontece quando corpos em contato trocam energia até atingirem a mesma temperatura. Em sistemas isolados, a energia cedida por uns é integralmente recebida por outros, o que se escreve como soma dos calores trocados igual a zero. Esse é o raciocínio central de grande parte das provas de vestibular. Para o professor, o mais útil é treinar o aluno a montar a equação antes de calcular, porque a maioria dos erros acontece na escolha dos sinais e das massas, e não na aritmética. Em um exercício de café com leite, por exemplo, o café cede calor e o leite recebe, e isso precisa estar explícito na equação.

Erros comuns que eu vejo nas minhas turmas

• Esquecer que um corpo começa em temperatura diferente da do outro.
• Trocar a massa pelo volume sem considerar a densidade.
• Converter unidades (cal para J) pela metade ou pelo dobro.

Questões prontas com gabarito comentado

A seguir, seis questões reais da base do GeraProva, com alternativas comentadas. Use-as como ponto de partida para discussão em sala ou como revisão.

Questão 1 — Calorimetria em recipiente com ar retirado

Em uma experiência de calorimetria, os corpos A, B e C, que possuem massas, temperaturas e energias térmicas distintas, são colocados em um recipiente isolante térmico e de paredes rígidas, suspensos por fios ideais, conforme a ilustração abaixo. Em seguida, através da válvula V, retira-se grande parte do ar do interior do recipiente. A partir desse instante, predomina um processo de transferência de calor entre os corpos, o que altera os valores de determinada grandeza física. O referido processo de transferência de calor e a grandeza física em questão são, respectivamente: (UERJ 2021)

• ❌ A) irradiação – massa — Errada. A massa dos corpos não se altera no processo de transferência de calor, e a transferência por irradiação é correta, mas a grandeza física indicada está incorreta.
• ❌ B) convecção – massa — Errada. A convecção depende da presença de um fluido (ar), que foi retirado, e a massa não é a grandeza que varia.
• ✅ C) irradiação – temperatura — Correta. Com a retirada do ar, a transferência de calor ocorre principalmente por irradiação, e a grandeza física que varia é a temperatura dos corpos.
• ❌ D) convecção – temperatura — Errada. A convecção não ocorre sem ar, e apesar da temperatura variar, o modo de transferência indicado está incorreto.

Dica de resolução: identifique o tipo de transferência de calor e a grandeza física afetada. Conceito central: transferência de calor, irradiação, temperatura. Conceito para revisão: modos de transferência de calor e suas grandezas associadas. Código BNCC: EM13CNT203. Nível de Bloom: compreender.

Questão 2 — Condutividade térmica em atividade prática

Em uma atividade prática, alunos utilizam um aquecedor para verificar como diferentes materiais reagem ao calor. O que devem observar para entender melhor a condutividade térmica?

• ❌ A) Material que derrete mais rápido — Derretimento não é a única característica a ser considerada.
• ✅ B) Material que esquenta mais rápido — Material que aquece mais rápido indica maior condutividade térmica.
• ❌ C) Material que resfria rapidamente — Materiais que perdem calor rapidamente não são bons condutores.
• ❌ D) Material mais pesado — Peso não está diretamente relacionado à condutividade térmica.
• ❌ E) Material de cor escura — A cor pode influenciar a absorção, mas não é determinante para a condutividade.

Dica de resolução: observe as reações dos materiais ao calor. Conceito central: condutividade térmica. Conceito para revisão: propriedades dos materiais. Código BNCC: EF07CI03. Nível de Bloom: aplicar.

Questão 3 — Temperatura final de café com leite e adoçante

Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível. Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre UNESP - 2012

• ❌ A) 75,0 e 85,0. — Errada porque indica uma temperatura final muito próxima da temperatura inicial do café (80 °C), ignorando o efeito do leite frio na mistura.
• ❌ B) 65,0 e 74,9. — Errada porque superestima o efeito do café quente no equilíbrio; o cálculo correto mostra temperatura abaixo de 65 °C.
• ✅ C) 55,0 e 64,9. — Correta porque, considerando massas proporcionais aos volumes, calores específicos e temperaturas, a temperatura final fica entre 55,0 e 64,9 °C. O leite é a maior fração e esfria bastante o café.
• ❌ D) 45,0 e 54,9. — Errada porque subestima a energia transferida do café quente para o leite.
• ❌ E) 35,0 e 44,9. — Errada porque exigiria volumes de leite ou adoçante muito maiores, ou um café bem mais frio; os dados não sustentam essa opção.

Dica de resolução: use a equação de equilíbrio térmico considerando massas, capacidades térmicas e temperaturas. Conceito central: equilíbrio térmico, calor específico. Conceito para revisão: calor específico e equilíbrio térmico. Código BNCC: EM13CNT102. Nível de Bloom: analisar.

Questão 4 — Valor energético do azeite em calorímetro

O esquema representa um calorímetro utilizado para a determinação do valor energético dos alimentos. A tabela nutricional de determinado tipo de azeite de oliva traz a seguinte informação: “Uma porção de 13 mL (1 colher de sopa) equivale a 108 kcal.” Considere que o calor específico da água seja 1 kcal · kg⁻¹ · °C⁻¹ e que todo o calor liberado na combustão do azeite seja transferido para a água. Ao serem queimados 2,6 mL desse azeite, em um calorímetro contendo 500 g de água inicialmente a 20,0 °C e à pressão constante, a temperatura da água lida no termômetro deverá atingir a marca de UNESP - 2017

• ❌ A) 21,6 °C. — Subestima o aumento de temperatura, provavelmente por não considerar corretamente a energia liberada ou por erro na transferência para 500 g de água.
• ❌ B) 33,2 °C. — Não corresponde à energia total liberada pela porção de 2,6 mL; o erro costuma estar na proporção de calorias ou na aplicação do calor específico.
• ❌ C) 45,2 °C. — Subestimação provavelmente vinda de um cálculo incompleto do aumento de temperatura.
• ✅ D) 63,2 °C. — Correta. 2,6 mL correspondem a 0,2 porção, ou seja, 21,6 kcal. Com Q = m·c·ΔT, m = 0,5 kg e c = 1 kcal/kg·°C, temos ΔT = 43,2 °C, e a temperatura final é 63,2 °C.
• ❌ E) 52,0 °C. — Temperatura final incorreta, sinal de erro na quantidade de energia efetivamente transferida para a água.

Dica de resolução: calcule o calor liberado e use Q = m·c·ΔT para encontrar a variação de temperatura. Conceito central: calor específico e energia. Conceito para revisão: calor específico, energia e calorimetria. Código BNCC: EM13CNT102. Nível de Bloom: analisar.

Questão 5 — Alarme de peça de platina com refrigeração

Determinada peça de platina de 200 g, sensível à temperatura, é mantida dentro de um recipiente protegido por um sistema automático de refrigeração que tem seu acionamento controlado por um sensor térmico. Toda vez que a temperatura da peça atinge 80 °C, um alarme sonoro soa e o sistema de refrigeração é acionado. Essa peça está dentro do recipiente em equilíbrio térmico com ele a 20 °C, quando, no instante t = 0, energia térmica começa a fluir para dentro do recipiente e é absorvida pela peça segundo o gráfico a seguir. Sabendo que o calor específico da platina é 0,03 cal/(g·°C) e adotando 1 cal = 4 J, o alarme sonoro disparará, pela primeira vez, no instante UNESP - 2022

• ❌ A) t = 8 min. — O aluno calcula corretamente a energia de 1440 J, mas para antes de a energia acumulada atingir esse valor, subestimando o intervalo de tempo.
• ❌ B) t = 6 min. — O aluno calcula 360 cal, mas não converte para joules e compara 360 diretamente com a energia acumulada em J.
• ✅ C) t = 10 min. — Correta. A energia necessária é Q = 200 · 0,03 · 60 = 360 cal, ou 1440 J, que é atingida no instante indicado pelo gráfico.
• ❌ D) t = 3 min. — O aluno lê um valor de taxa em um único instante, como se fosse a energia total, em vez de acumular a energia ao longo do tempo.
• ❌ E) t = 12 min. — O aluno usa ΔT = 80 °C, esquecendo que a peça começa a 20 °C; a energia necessária seria 1920 J e o instante encontrado seria posterior ao correto.

Dica de resolução: use Q = m·c·ΔT para calcular o calor e relacione com o gráfico para encontrar o tempo. Conceito central: calor específico e equilíbrio térmico. Conceito para revisão: calor específico, transferência de calor e interpretação de gráficos. Código BNCC: EM13CNT101. Nível de Bloom: aplicar.

Questão 6 — Temperatura de equilíbrio de cilindro de cobre em óleo

(OBJETIVA, Dif.1) Um cilindro de cobre (m1 = 0,250 kg; c1 = 390 J/kg·K) a T1 = 373 K é colocado em óleo vegetal (m2 = 0,400 kg; c2 = 1800 J/kg·K) inicialmente a T2 = 293 K, em calorímetro isolado. Calcule a temperatura de equilíbrio térmico Tf (use conservação de energia).

• ❌ A) Tf = 350 K — Valor incorreto que ignora as massas e capacidades térmicas, não segue a conservação de energia.
• ❌ B) Tf = 373 K — A temperatura inicial T1 não é o equilíbrio; o equilíbrio será uma temperatura intermediária.
• ❌ C) Tf = 1800 K — Temperatura muito alta, incompatível com os valores dados.
• ❌ D) Tf = 250 K — A temperatura não pode ser menor que 293 K, temperatura inicial do óleo; seria ilógico.
• ✅ E) Tf = 302.6 K (≈29.6 °C) — Correta. Em sistema isolado, m1 c1 (T1 − Tf) = m2 c2 (Tf − T2), o que resulta em Tf = (m1 c1 T1 + m2 c2 T2)/(m1 c1 + m2 c2).

Dica de resolução: aplique a conservação de energia para encontrar Tf. Conceito central: equilíbrio térmico. Conceito para revisão: conservação de energia em sistemas térmicos. Código BNCC: EM13CNT102. Nível de Bloom: aplicar.

Como o GeraProva ajuda a montar listas de calor sensível?

Depois de anos montando provas à mão, passei a usar o GeraProva para gerar listas a partir do conteúdo que estou dando. Eu informo o tema, o nível da turma e a quantidade de questões, e a plataforma entrega itens com gabarito, dificuldade e código BNCC. Isso me economiza algumas horas por semana, tempo que uso para corrigir trabalhos e conversar com os alunos. Hoje, por exemplo, gerei uma lista de dez questões de equilíbrio térmico em poucos minutos e ajustei apenas duas delas.

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Esse conteúdo é uma sugestão de apoio ao seu planejamento: revise sempre as questões antes de aplicá-las à turma. Se quiser testar o GeraProva com os exercícios da sua própria matéria, o cadastro é gratuito e leva poucos minutos.