PUC-SP 2015 (inverno) — questão 20 de Física

Gabarito DCalorimetria — fusão do gelo, aquecimento e variação de volumeVestibular de Inverno · Prova objetiva

Enunciado da questão 20 de Física do PUC-SP 2015 (inverno) — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

Em um recipiente termicamente isolado, de capacidade térmica desprezível, introduz-se um cubo de gelo a 0°C, de massa igual a 135 g. Depois, calor é fornecido ao gelo, até que ele apresente-se completamente liquefeito e a uma temperatura de 4°C. Quais são a variação aproximada do volume e a quantidade total de calor fornecido? Considere que todo o calor fornecido foi absorvido exclusivamente pela água nos estados sólido e líquido.

Dados: $d_{\text{água}}$ = 1,0 $\text{g/cm}^3$ ; $d_{\text{gelo}}$ = 0,9 $\text{g/cm}^3$ ;

calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;

calor específico da água = 1 cal/g°C e

pressão atmosférica = 1 atm.

(A) 13,5 $\text{cm}^3$ e 10800 cal

(B) 13,5 $\text{cm}^3$ e 11340 cal

(D) 15,0 $\text{cm}^3$ e 11340 cal

(E) 15,0 $\text{cm}^3$ e 10800 cal

(Enunciado: Vestibular PUC-SP 2015 (Inverno) — 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 o volume muda quando 135 g de gelo a 0 °C viram água a 4 °C, e quanto calor isso exige.

Passo 1 — o volume antes e depois. Volume é massa dividida pela densidade:

$V_{\text{gelo}} = \frac{135}{0{,}9} = 150\ \text{cm}^3$

$V_{\text{água}} = \frac{135}{1{,}0} = 135\ \text{cm}^3$

O volume diminui 15 cm³ (a água é mais densa que o gelo). Em módulo, a variação é 15,0 cm³.

Passo 2 — o calor para derreter (calor latente):

$Q_1 = mL = 135 \times 80 = 10\,800\ \text{cal}$

Passo 3 — o calor para aquecer de 0 °C a 4 °C (calor sensível):

$Q_2 = mc\Delta T = 135 \times 1 \times 4 = 540\ \text{cal}$

Passo 4 — o total.

$Q = 10\,800 + 540 = 11\,340\ \text{cal}$

⚠️ A armadilha: parar na fusão e esquecer os 4 °C de aquecimento: 10 800 cal (alternativa E, que tem o volume certo). Os 13,5 cm³ das alternativas A, B e C não saem da conta correta das densidades: $135/0{,}9 - 135 = 15$ cm³.

A ideia em uma frase: gelo derretendo encolhe (fica mais denso), e o calor total é o da fusão mais o do aquecimento da água formada.

Resposta: alternativa D (15,0 cm³ e 11 340 cal).

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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