FMABC 2021 — questão 56 de Física

Gabarito BCalorimetria — calor latente de vaporização a partir da curva de aquecimentoMedicina · Prova de Conhecimentos Gerais · Versão 1

Enunciado da questão 56 de Física do FMABC 2021 — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

O gráfico mostra a temperatura de certa massa de uma substância, inicialmente no estado líquido, em função do tempo, ao receber calor de uma fonte.

[Gráfico: temperatura (ºC), com rótulos 40, 80 e 120 (marcas a cada 20), em função do tempo (min), com rótulos 4,0, 8,0, 12,0 e 16,0 (marcas a cada 2,0). A reta sobe de 20 ºC em t = 0 até 120 ºC em t = 4,0 min; fica horizontal em 120 ºC de 4,0 min até 12,0 min; depois volta a subir, com inclinação menor, até perto de 16 min.]

Considerando-se que a fonte forneça calor à razão constante de $2{,}5 \times 10^4$ J/min, que o calor específico da substância no estado líquido seja $2{,}0 \times 10^3$ J/(kg · ºC) e que não haja perda de calor, o calor latente de vaporização dessa substância é

(A) $2{,}0 \times 10^6$ J/kg.

(B) $4{,}0 \times 10^5$ J/kg.

(D) $6{,}5 \times 10^4$ J/kg.

(E) $2{,}0 \times 10^4$ J/kg.

(Enunciado e figura: Vestibular FMABC 2021, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMABC/Vunesp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário FMABC e à Fundação VUNESP.

Resolução comentada

O que a questão pede: o calor latente de vaporização L, lendo os tempos no gráfico.

Passo 1 — ler o gráfico. De 0 a 4,0 min o líquido esquenta de 20 ºC a 120 ºC (ΔT = 100 ºC). De 4,0 a 12,0 min (8,0 min) a temperatura fica parada em 120 ºC: é a vaporização. Depois, o vapor esquenta.

Passo 2 — a massa, pelo aquecimento do líquido. Em 4,0 min a fonte fornece $2{,}5 \times 10^4 \times 4{,}0 = 1{,}0 \times 10^5$ J, todo usado como calor sensível:

$1{,}0 \times 10^5 = m \cdot 2{,}0 \times 10^3 \cdot 100$

$m = 0{,}50\ \text{kg}$

Passo 3 — o calor latente, pelo patamar. Em 8,0 min a fonte fornece $2{,}5 \times 10^4 \times 8{,}0 = 2{,}0 \times 10^5$ J, todo usado para vaporizar:

$2{,}0 \times 10^5 = 0{,}50 \cdot L$

$L = 4{,}0 \times 10^5\ \text{J/kg}$

Conferindo sem achar a massa: com a fonte constante, calor é proporcional ao tempo. A vaporização levou o dobro do tempo do aquecimento, então $m\,L = 2\,m\,c\,\Delta T$ , e $L = 2 \times 2{,}0 \times 10^3 \times 100 = 4{,}0 \times 10^5$ J/kg.

⚠️ A armadilha: ler a temperatura inicial como 0 ºC (ΔT = 120 ºC). Aí a massa vira 0,42 kg e L ≈ $4{,}8 \times 10^5$ J/kg, que não está nas alternativas. A reta começa em 20 ºC, na primeira marca acima de zero.

A ideia em uma frase: com fonte de potência constante, calor é proporcional ao tempo: o patamar dá o calor latente, a rampa dá a massa.

Resposta: alternativa B ( $4{,}0 \times 10^5$ J/kg).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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FMABC 2021 — questão 56 de Física

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