Um reservatório contém 5,0 L de água. Qual a energia térmica necessária para elevar sua temperatura em 20 K?…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um reservatório contém 5,0 L de água. Qual a energia térmica necessária para elevar sua temperatura em 20 K? Use c=4200 J/(kg·K) e densidade da água = 1,0 kg·L?¹. Apresente a expressão e o valor em J.
- A) Q = 10 kg·4200 J/(kg·K)·20 K = 8,40×10^5 J
- B) Q = 5,0 kg·4200 J/(kg·K)·10 K = 2,10×10^5 J
- C) Q = m·c·?T = 5,0 L·900 J/(kg·K)·20 K = 9,0×10^5 J
- D) Q = m·c·?T = 5,0 kg·4200 J/(kg·K)·20 K = 4,20×10^5 J
- E) Q = 5,0 kg·4200 J/(kg·K)·30 K = 6,30×10^5 J
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Converter o volume em massa. Como a densidade da água é 1,0 kg/L, a massa é m = 5,0 L x 1,0 kg/L = 5,0 kg. Passo 2: Usar a expressão do calor sensível, Q = m·c·ΔT. Passo 3: Identificar os dados: m = 5,0 kg, c = 4200 J/(kg·K) e ΔT = 20 K (a variação de 20 K equivale a 20 °C, pois a escala Kelvin e a Celsius têm o mesmo tamanho de grau). Passo 4: Calcular Q = 5,0 x 4200 x 20 = 420000 J, ou seja, Q = 4,20×10^5 J. Passo 5: Conferir com o gabarito: a alternativa D apresenta a expressão correta (m em kg, c = 4200 e ΔT = 20 K) e o resultado correto, de modo que o gabarito oficial está certo. Por que as outras estão erradas: A usa 10 kg, o que dobra a massa sem justificativa no enunciado; B usa ΔT = 10 K, valor que não aparece na questão; C usa c = 900 J/(kg·K), que não é o calor específico dado, e ainda mantém a unidade L no lugar de kg; E usa ΔT = 30 K, que não corresponde aos 20 K do enunciado.
💡 Dica: Calcule a energia térmica usando a fórmula Q = mcΔT.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente tomou a massa como 10 kg, possivelmente por confundir a relação entre litro e quilograma ou por dobrar o valor do volume sem base na densidade de 1,0 kg/L.
Por que engana: Confundir a quantidade de água em litros com a massa em quilogramas, resultando em um cálculo incorreto da energia térmica.
O aluno provavelmente leu ou reduziu a variação de temperatura para 10 K, dividindo os 20 K pela metade, quando o enunciado pede uma variação de 20 K.
O aluno provavelmente usou o calor específico de outro material, 900 J/(kg·K), que é o do alumínio, em vez de 4200 J/(kg·K) da água, e manteve a unidade litro na multiplicação sem converter para quilograma.
Usa-se Q = m·c·?T com m = 5,0 L·1,0 kg/L = 5,0 kg, c = 4200 J/(kg·K) e ?T = 20 K; substituindo obtém-se Q = 5·4200·20 = 420000 J.
O aluno provavelmente registrou a variação de temperatura como 30 K, um erro de leitura ou de cópia do dado, já que o enunciado indica 20 K.
Raio-X da questão
energia térmica da água
avaliacao
calor específico da água · densidade da água
Revisar a fórmula da energia térmica e as propriedades da água.
Confundir a quantidade de água em litros com a massa em quilogramas, resultando em um cálculo incorreto da energia térmica.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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