PUC-PR 2023 (inverno) — questão 27 de Física
Enunciado em texto
Um pesquisador deseja resfriar uma esfera metálica homogênea e maciça inicialmente a 120 °C, com massa de 200 g e calor específico de 0,2 cal/g.°C, utilizando determinado líquido para atingir a menor temperatura de equilíbrio térmico. Para esse objetivo, ele dispõe de 5 tipos diferentes de líquidos, com valores de calor específico representados pela tabela a seguir.
| Líquido | Calor específico (cal/g.°C) |
|---|---|
| A | 0,12 |
| B | 0,30 |
| C | 0,60 |
| D | 0,72 |
| E | 0,92 |
O pesquisador escolhe o líquido que após o equilíbrio térmico apresentará a menor temperatura. Em um calorímetro ideal, é colocado 500 g do líquido escolhido a 20 °C e a esfera metálica. Considerando que as trocas de calor sejam apenas entre o líquido e a esfera metálica e que não ocorram mudanças de fases, qual é temperatura mais próxima da medida pelo pesquisador no momento em que o equilíbrio térmico é atingido?
(A) 26 °C
(B) 28 °C
(C) 30 °C
(D) 32 °C
(E) 34 °C
(Enunciado: Vestibular PUCPR 2023 (Inverno) — PUCPR.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual líquido resfria mais a esfera e qual é a temperatura final com ele.
Passo 1 — a escolha do líquido. Com a mesma massa (500 g) e a mesma temperatura inicial, o líquido que menos esquenta ao receber o calor da esfera é o de maior calor específico; com ele, o equilíbrio fica mais perto de 20 °C. É o líquido E, com c = 0,92 cal/g·°C.
Passo 2 — as capacidades térmicas.
Passo 3 — o equilíbrio. Calor cedido pela esfera = calor recebido pelo líquido:
⚠️ A armadilha: escolher o líquido de menor calor específico (A), pensando que ele “absorve calor mais fácil”. Ele esquenta mais e o equilíbrio fica bem mais alto: com c = 0,12, T = (4800 + 1200)/100 = 60 °C.
A ideia em uma frase: para o equilíbrio ficar mais frio, use o líquido de maior capacidade térmica; a temperatura final é a média das temperaturas ponderada pelas capacidades térmicas.
Resposta: alternativa B (28 °C).
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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