PUC-Campinas 2010 — questão 36 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: a temperatura do forno, que é a temperatura inicial da peça de aço.

Passo 1 — o calor que o gelo recebe até virar água a 80 °C.

Aquecer o gelo de −20 °C a 0 °C:

$$Q_1 = 40 \times 0{,}50 \times 20 = 400\ \text{cal}$$

Derreter:

$$Q_2 = 40 \times 80 = 3\,200\ \text{cal}$$

Aquecer a água de 0 °C a 80 °C:

$$Q_3 = 40 \times 1{,}0 \times 80 = 3\,200\ \text{cal}$$

Passo 2 — o calor que o calorímetro recebe (de 20 °C a 80 °C):

$$Q_4 = 40 \times (80 - 20) = 2\,400\ \text{cal}$$

$$Q_{\text{recebido}} = 400 + 3\,200$$

$${}+ 3\,200 + 2\,400$$

$$Q_{\text{recebido}} = 9\,200\ \text{cal}$$

Passo 3 — o aço cede esse calor, esfriando de θ até 80 °C (o sistema é isolado):

$$400 \times 0{,}10 \times (\theta - 80) = 9\,200$$

$$40\,(\theta - 80) = 9\,200$$

$$\theta - 80 = 230 \Rightarrow \theta = 310\ {}^{\circ}\text{C}$$

⚠️ A armadilha: esquecer o calorímetro. Sem os 2 400 cal dele, $40(\theta - 80) = 6\,800$, θ = 250 °C, fora das alternativas. Esquecer o aquecimento do gelo até 0 °C dá $\theta = 300$ °C, também ausente. Tudo que muda de temperatura entra na conta.

A ideia em uma frase: o calor que o aço perde é todo o calor que gelo e calorímetro ganham: some as etapas e iguale.

Resposta: alternativa C (310 °C).