Em uma região serrana, uma estufa de mudas nativas está sujeita a noites muito frias. Para reduzir as…

Questão

Em uma região serrana, uma estufa de mudas nativas está sujeita a noites muito frias. Para reduzir as variações de temperatura sem aumentar o consumo de eletricidade, os responsáveis instalaram recipientes fechados com 80 kg de água. Durante uma noite em que a temperatura fica abaixo de 0 °C, toda essa água se solidifica. No dia seguinte, com o aquecimento da estufa, o gelo derrete. Considere o calor latente de fusão da água igual a 334 kJ/kg e despreze as trocas de energia dos recipientes. Analise o funcionamento desse sistema, calculando a quantidade de energia envolvida em cada mudança de estado, explicando o sentido das transferências de energia e demonstrando como a matéria e a energia são conservadas ao longo do ciclo.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Na solidificação, a água passa do estado líquido para o sólido. A energia transferida é calculada por Q = m x L. Assim, Q = 80 kg x 334 kJ/kg = 26.720 kJ. Durante essa mudança, a água libera 26.720 kJ para o interior da estufa. Essa liberação reduz a rapidez do resfriamento do ambiente, contribuindo para proteger as mudas durante a noite. No dia seguinte ocorre a fusão, na qual o gelo retorna ao estado líquido. Para derreter, ele absorve do ambiente a mesma quantidade de energia: 26.720 kJ. Essa absorção ajuda a reduzir o aquecimento excessivo da estufa. Como os recipientes estão fechados, a massa de água permanece igual a 80 kg durante todo o ciclo, pois ocorre apenas uma mudança de estado físico, sem formação de outra substância. A energia também é conservada: os 26.720 kJ liberados na solidificação correspondem, em módulo, aos 26.720 kJ absorvidos na fusão, considerando as condições apresentadas. Portanto, o sistema armazena e libera energia por meio das mudanças de estado, amenizando as variações de temperatura. O reaproveitamento da mesma água em recipientes fechados evita seu consumo contínuo e pode diminuir o uso de aquecimento ou refrigeração elétrica, favorecendo o uso consciente de recursos.

Explicação

A massa permanece constante porque a água fica em recipientes fechados e apenas muda de estado físico. A solidificação libera 26.720 kJ, enquanto a fusão absorve essa mesma quantidade, o que permite moderar as variações térmicas da estufa.

Raio-X da questão

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