PUC-SP 2015 — questão 20 de Física

Gabarito DCalorimetria — vaporização da água no micro-ondas e custo da energiaVestibular de Verão · Prova objetiva
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 20 de Física do PUC-SP 2015

Enunciado em texto

Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve testar o funcionamento de seu recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a 20°C. Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por 40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kWh é igual a R$ 0,28, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento.

[Foto: um forno de micro-ondas de inox com painel de botões à direita.]

Adote: 1 cal = 4,2J

calor específico da água = 1,0 cal.g−1.∘C−1\text{cal.g}^{-1}.{}^{\circ}\text{C}^{-1}

calor latente de vaporização da água=540 cal.g−1\text{cal.g}^{-1}

densidade da água = 1kg.L−1\text{kg.L}^{-1}

1 kWh = 3,6.1063{,}6.10^{6} J

(A) 0,50

(B) 0,40

(C) 0,30

(D) 0,20

(E) 0,10

(Enunciado e figura: Vestibular PUC-SP 2015 — PUC-SP.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica de São Paulo (PUC-SP).

Resolução comentada

O que a questão pede: quanto custa a energia para aquecer 1 L de água de 20 °C a 100 °C e vaporizá-la toda.

Passo 1 — a massa e a temperatura de ebulição. 1 L de água tem 1 kg = 1 000 g. Numa cidade litorânea, a pressão é de cerca de 1 atm e a água ferve a 100 °C.

Passo 2 — aquecer de 20 °C a 100 °C (calor sensível):

Q1=mcΔT=1000⋅1⋅80Q_1 = m c \Delta T = 1000 \cdot 1 \cdot 80

Q1=80 000 calQ_1 = 80\,000\ \text{cal}

Passo 3 — vaporizar tudo (calor latente):

Q2=mL=1000⋅540=540 000 calQ_2 = mL = 1000 \cdot 540 = 540\,000\ \text{cal}

Passo 4 — total em joules e em kWh.

Q=620 000×4,2=2,604×106 JQ = 620\,000 \times 4{,}2 = 2{,}604 \times 10^{6}\ \text{J}

Q=2,604×1063,6×106≈0,72 kWhQ = \frac{2{,}604 \times 10^6}{3{,}6 \times 10^6} \approx 0{,}72\ \text{kWh}

Passo 5 — o custo.

0,72×0,28≈0,20 reais0{,}72 \times 0{,}28 \approx 0{,}20\ \text{reais}

Conferindo: os 40 minutos não entram na conta do custo, que depende só da energia. Eles dariam a potência do aparelho: 2,6×1062{,}6 \times 10^6 J em 2 400 s, cerca de 1 100 W, valor típico de micro-ondas.

⚠️ A armadilha: esquecer o aquecimento de 20 °C a 100 °C e contar só a vaporização: 540 000 cal dão cerca de 0,63 kWh e R$ 0,18, ou esquecer a vaporização e contar só o aquecimento: R$ 0,03. Nenhum dos dois chega à resposta.

A ideia em uma frase: para vaporizar água fria, some o calor para chegar a 100 °C com o calor latente; depois converta para kWh e multiplique pelo preço.

Resposta: alternativa D (cerca de R$ 0,20).

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.

Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.

Outras questões de Física do PUC-SP 2015

Gabarito e resolução de todas as questões de Física do PUC-SP 2015 →

Mais questões de Termologia e calorimetria, de todas as bancas, resolvidas passo a passo. Ver todos os assuntos →