Um bloco de gelo de massa 200 g a -10°C é aquecido até virar água líquida a 20°C. Considere c_ice = 2100…
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
Um bloco de gelo de massa 200 g a -10°C é aquecido até virar água líquida a 20°C. Considere c_ice = 2100 J·kg?¹·K?¹, c_water = 4180 J·kg?¹·K?¹ e L_f = 3,4×10^5 J·kg?¹. Calcule a energia total necessária.
- A) Q_total = 0,2·4180·20 = 16720 J apenas
- B) Q_total = 8,892×10^4 J (˜8,89×10^4 J)
- C) Q_total = 0,2·2100·(-10) + 0,2·3,4e5 = 68000 J
- D) Q_total = 0,2·2100·10 + 0,2·3,4e5 + 0,2·4180·30 = 123720 J
- E) Q_total = 0,2·2100·30 + 0,2·3,4e5 + 0,2·4180·15 = 150600 J
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifico as três etapas do processo. (1) O gelo vai de -10°C a 0°C, aquecendo como gelo. (2) Ele derrete a 0°C, mudando de fase sem variar a temperatura. (3) A água líquida vai de 0°C a 20°C. Passo 2: Calculo a etapa 1: Q1 = m·c_gelo·ΔT = 0,2·2100·(0 - (-10)) = 0,2·2100·10 = 4200 J. Passo 3: Calculo a etapa 2 (fusão): Q2 = m·L_f = 0,2·3,4×10^5 = 68000 J. Passo 4: Calculo a etapa 3: Q3 = m·c_água·ΔT = 0,2·4180·(20 - 0) = 0,2·4180·20 = 16720 J. Passo 5: Somo as três parcelas: Q_total = 4200 + 68000 + 16720 = 88920 J, ou seja, 8,892×10^4 J. Passo 6: Comparando com o gabarito oficial (B), a resposta confere. Passo 7: Por que as outras estão erradas: A ignora o aquecimento do gelo e a fusão; C usa ΔT negativo para o gelo e esquece a etapa da água líquida; D usa 30°C de variação para a água, quando ela parte de 0°C; E usa 30°C de variação para o gelo, que deveria ser 10°C, e 15°C para a água, que deveria ser 20°C.
💡 Dica: Calcule a energia em cada etapa do aquecimento do gelo até a água.
Alternativa por alternativa
O aluno considera apenas o aquecimento final da água de 0°C a 20°C, esquecendo que o gelo precisa ser aquecido até 0°C e depois derretido.
Q1=m·c_ice·?T=0,2·2100·10=4200 J; Q2=m·L_f=0,2·3,4e5=68000 J; Q3=0,2·4180·20=16720 J; Q_total=4200+68000+16720=88920 J.
O aluno usa ΔT negativo (-10) para o aquecimento do gelo, como se fosse energia liberada, e omite a etapa de aquecimento da água líquida até 20°C.
O aluno acredita que a água líquida começa a se aquecer a partir de -10°C, usando variação de 30°C, quando na verdade a fase líquida só começa em 0°C.
Por que engana: O aluno pode confundir as etapas do aquecimento e não considerar a fusão do gelo corretamente, resultando em um cálculo incorreto da energia total.
O aluno aplica o calor específico do gelo ao intervalo total de -10°C a 20°C e usa 15°C para a água, misturando intervalos de temperatura e de fase de forma incorreta.
Raio-X da questão
calor específico e fusão
avaliacao
calor específico · mudanças de estado
Revisar os conceitos de calor específico e mudanças de estado físico.
O aluno pode confundir as etapas do aquecimento e não considerar a fusão do gelo corretamente, resultando em um cálculo incorreto da energia total.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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