Em uma aula de Física, estudantes colocaram dois blocos de alumínio em um recipiente termicamente isolado, de…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Interpretar resultados e realizar previsões sobre atividades experimentais, fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas noções de probabilidade e incerteza, reconhecendo os limites explicativos das ciências.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma aula de Física, estudantes colocaram dois blocos de alumínio em um recipiente termicamente isolado, de modo que não houvesse troca de calor com o ambiente. O bloco A tinha massa de 2 kg e temperatura inicial de 80 °C, enquanto o bloco B tinha massa de 3 kg e temperatura inicial de 20 °C. Como os dois blocos eram do mesmo material, seus calores específicos podiam ser considerados iguais. Após algum tempo, os blocos atingiram o equilíbrio térmico. Considerando que não houve mudança de estado físico, qual foi a temperatura de equilíbrio dos dois blocos?
- A) 50 °C
- B) 44 °C
- C) 56 °C
- D) 60 °C
- E) 80 °C
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique o princípio envolvido. Como o recipiente é isolado e não há mudança de estado, a soma das quantidades de calor trocadas é zero: Q_A + Q_B = 0.
- Escreva Q = m c (T - T0) para cada bloco. Como os dois são de alumínio, o calor específico c é o mesmo e pode ser cancelado.
- Monte a equação com massas e temperaturas: 2(T - 80) + 3(T - 20) = 0, em que T é a temperatura de equilíbrio.
- Resolva: 2T - 160 + 3T - 60 = 0, logo 5T = 220 e T = 44 °C.
- Confira o resultado. A temperatura 44 °C está entre 20 °C e 80 °C, como deve ser no equilíbrio, e fica mais perto de 20 °C porque o bloco B tem mais massa e absorve mais calor com a mesma variação de temperatura. Assim, a alternativa correta é a B, que coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas: A (50 °C) é a média aritmética simples das temperaturas, que ignora as massas; C (56 °C) inverte os pesos das massas na média ponderada; D (60 °C) corresponde à diferença 80 - 20, o que não tem relação com o equilíbrio térmico; E (80 °C) supõe que o bloco mais quente não troca calor, o que contraria a condição de equilíbrio.
💡 Dica: Calcule a temperatura média usando a fórmula de equilíbrio térmico.
Alternativa por alternativa
Calculou a média aritmética simples das temperaturas (80 + 20) / 2 = 50, ignorando que os blocos têm massas diferentes e que o bloco mais massivo influencia mais o equilíbrio.
Como não há troca de calor com o ambiente e os blocos são do mesmo material, o calor específico é igual e pode ser cancelado na equação da conservação da energia. Assim, a temperatura de equilíbrio é dada pela média ponderada pelas massas: T = (mA·TA + mB·TB)/(mA + mB) = (2·80 + 3·20)/(2 + 3) = (160 + 60)/5 = 44 °C.
Fez a média ponderada, mas atribuiu peso 3 à temperatura de 80 °C e peso 2 à de 20 °C, trocando as massas: (3·80 + 2·20) / 5 = 56.
Subtraiu as temperaturas iniciais (80 - 20 = 60), tratando a diferença como se fosse a temperatura final, sem considerar a equação de trocas de calor.
Imaginou que o bloco mais quente permanece a 80 °C e que o outro bloco simplesmente se aquece até essa temperatura, ignorando que o bloco quente também cede calor.
Raio-X da questão
transferência de calor
avaliacao
calor específico · equilíbrio térmico
Revisar a fórmula de cálculo da temperatura média em sistemas térmicos.
O aluno pode confundir a média aritmética simples das temperaturas com a temperatura média ponderada, não considerando as massas dos corpos.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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