PUC-Rio 2021 (Grupo 1) — questão 11 de Física
Enunciado em texto
Uma quantidade de 400 g de água a 30ºC se encontra dentro de um calorímetro ideal de capacidade térmica desprezível.
Calcule, em g, a quantidade mínima de gelo a 0ºC que deve ser adicionada à água de modo a que, ao atingir o equilíbrio, o sistema contenha água a 0ºC.
Dados: densidade da água = ; calor específico da água = 1,0 cal/(g.ºC); calor latente de fusão da água L = 80 cal/g
(A) 400
(B) 200
(C) 150
(D) 15
(Enunciado: Vestibular PUC-Rio 2021, Grupo 1 — PUC-Rio.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).
Resolução comentada
O que a questão pede: a menor massa de gelo a 0 °C que faz a água chegar a 0 °C.
Passo 1 — o calor que a água pode ceder. Para esfriar de 30 °C até 0 °C, os 400 g de água liberam:
Passo 2 — quanto gelo esse calor derrete. O gelo já está a 0 °C; ele só precisa fundir. A massa mínima é a que usa todo esse calor e derrete por completo, terminando tudo como água a 0 °C:
Conferindo: com menos de 150 g, o gelo derreteria todo antes de a água chegar a 0 °C, e o equilíbrio ficaria acima de 0 °C. Com mais de 150 g, o equilíbrio também seria 0 °C, mas sobraria gelo. Por isso 150 g é o mínimo.
⚠️ A armadilha: achar que basta uma massa de gelo igual à de água (400 g, alternativa A). O calor latente de fusão (80 cal/g) é grande: cada grama de gelo absorve muito calor ao derreter.
A ideia em uma frase: o calor que a água cede até 0 °C é o calor que o gelo usa para derreter.
Resposta: alternativa C (150 g).
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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