OBF 2023 (1ª fase, Nível I) — questão 20 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o que acontece com a temperatura da água e a do chumbo quando eles entram em contato.

Passo 1 — o sentido do calor. O calor passa sempre do corpo mais quente para o mais frio, até as temperaturas ficarem iguais (equilíbrio térmico). O chumbo, a 250 °C, cede calor; a água, a 10 °C, recebe.

Passo 2 — o que cada um faz com esse calor. A água a 10 °C está longe de mudar de estado (ao nível do mar ela só ferve a 100 °C), então o calor recebido serve para aumentar a sua temperatura. O chumbo, perdendo calor, esfria. Os dois caminham para uma temperatura comum, entre 10 °C e 250 °C.

Conferindo a ordem de grandeza: o chumbo tem calor específico pequeno (cerca de 0,03 cal/g·°C, valor de tabela, que a questão não dá). Mesmo esfriando de 250 °C até perto de 10 °C, os 500 g de chumbo liberam só uns 3 600 cal, que aquecem 1 kg de água em apenas uns 3 a 4 °C. A temperatura de equilíbrio fica por volta de 14 °C: a água esquenta um pouco e o chumbo esfria muito.

Por que não as outras: (A) e (E) põem o calor indo do frio para o quente, o que não acontece espontaneamente; (B) e (C) dizem que um dos dois não muda de temperatura, o que só aconteceria se ele estivesse mudando de estado (fervendo, por exemplo), e não é o caso nem da água a 10 °C nem do chumbo sólido a 250 °C, abaixo da sua temperatura de fusão.

⚠️ A armadilha: ver “250 °C” e achar que a água vai ferver e ficar presa nos 100 °C. Com tão pouco calor disponível no chumbo, a água nem chega perto disso: só esquenta alguns graus.

A ideia em uma frase: o calor vai do quente para o frio: quem cede esfria, quem recebe esquenta, até as temperaturas se igualarem.

Resposta: alternativa D (a água esquenta e o chumbo esfria).