PUC-Rio 2023 (Grupo 1) — questão 6 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: se alguma água vira vapor e, portanto, quanto sobra líquida.

Passo 1 — o máximo que o aço pode ceder. Mesmo esfriando até 60 °C (a temperatura da água), a tira de aço cede no máximo:

$$Q_{\text{aço}} = 40 \cdot 0{,}10 \cdot (500 - 60)$$

$$Q_{\text{aço}} = 1760\ \text{cal}$$

Passo 2 — o que seria preciso para ferver. Só para levar os 500 g de água de 60 °C a 100 °C seriam necessárias:

$$Q = 500 \cdot 1{,}0 \cdot 40 = 20\,000\ \text{cal}$$

O aço não tem nem 10% disso. A água nem chega perto de ferver: não há vaporização.

Passo 3 — a temperatura de equilíbrio (para conferir).

$$4{,}0\,(500 - T) = 500\,(T - 60)$$

$$504\,T = 32\,000 \Rightarrow T \approx 63{,}5\ {}^{\circ}\text{C}$$

A água só esquenta uns 3,5 °C. Todos os 500 mL continuam líquidos.

⚠️ A armadilha: ver “500 °C” e “calor latente de ebulição” e sair calculando massa vaporizada. A temperatura alta do aço não basta: a massa e o calor específico dele são pequenos, e a capacidade térmica da tira (4 cal/°C) é minúscula perto da da água (500 cal/°C). O calor latente é só um dado para distrair.

A ideia em uma frase: antes de pensar em mudança de fase, compare o calor disponível com o necessário: aqui não dá nem para aquecer a água até 100 °C.

Resposta: alternativa E (500 mL).