PUC-SP 2019 — questão 16 de Física

Gabarito ATermodinâmica — primeira lei na vaporização da águaVestibular de Verão · Prova objetiva
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 16 de Física do PUC-SP 2019

Enunciado em texto

Quando necessário, adote os valores da tabela:

• módulo da aceleração da gravidade: 10 m.s−210\ \text{m.s}^{-2} • calor específico da água: 1,0 cal.g−1.∘C−11{,}0\ \text{cal.g}^{-1}.{}^{\circ}\text{C}^{-1} • densidade da água: 1 g.cm−31\ \text{g.cm}^{-3} • 1 atm=1,0.105 Pa1\ \text{atm} = 1{,}0.10^{5}\ \text{Pa} • k=9×109 N.m2.C−2k = 9 \times 10^{9}\ \text{N.m}^2.\text{C}^{-2} • 1cal = 4,0 J

Um litro de água líquida a 100ºC, sob pressão normal, é vaporizado totalmente, passando a ocupar um volume de 2,0m32{,}0\text{m}^3. Sabendo que, nessas condições, o calor latente correspondente a essa mudança de fase da água é aproximadamente igual a 2,3×1062{,}3 \times 10^{6} J/kg, determine, em megajoule (MJ), o incremento de energia interna, aproximado, nesse processo de expansão volumétrica isobárica:

(A) 2,1.

(B) 1,9.

(C) 1,7.

(D) 1,5.

(Enunciado: Vestibular PUC-SP 2019 — 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 aumenta a energia interna da água ao virar vapor.

Passo 1 — o calor recebido. 1 L de água tem 1 kg (densidade 1 g/cm³):

Q=m L=1×2,3×106Q = m\,L = 1 \times 2{,}3 \times 10^{6}

Q=2,3×106 JQ = 2{,}3 \times 10^{6}\ \text{J}

Passo 2 — o trabalho da expansão. A pressão é a normal, 1 atm = 1,0×1051{,}0 \times 10^5 Pa, e o volume passa de 0,001 m³ para 2,0 m³:

W=p ΔVW = p\,\Delta V

W=1,0×105×(2,0−0,001)W = 1{,}0 \times 10^{5} \times (2{,}0 - 0{,}001)

W≈2,0×105 J=0,2 MJW \approx 2{,}0 \times 10^{5}\ \text{J} = 0{,}2\ \text{MJ}

Passo 3 — primeira lei da termodinâmica. O calor recebido vira aumento de energia interna mais o trabalho que o vapor faz ao empurrar a atmosfera:

ΔU=Q−W=2,3−0,2=2,1 MJ\Delta U = Q - W = 2{,}3 - 0{,}2 = 2{,}1\ \text{MJ}

⚠️ A armadilha: achar que todo o calor latente vira energia interna (2,3 MJ, que nem está nas alternativas), ou somar o trabalho ao calor. O vapor gasta parte da energia recebida empurrando o ar em volta.

A ideia em uma frase: na vaporização sob pressão constante, ΔU = mL − pΔV: parte do calor latente vai para o trabalho de expansão.

Resposta: alternativa A (2,1 MJ).

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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