Santa Marcelina 2023 (2º semestre) — questão 55 de Física

Enunciado em texto
Para obter água fervente, uma pessoa encheu uma chaleira com água à temperatura ambiente () e a levou ao fogo, no nível do mar. Durante o processo de aquecimento da água, antes que ela atingisse a temperatura de ebulição, essa pessoa precisou se ausentar da cozinha e, para evitar acidentes, desligou o fogo. Como a pessoa demorou para voltar, a água acabou esfriando e voltou à mesma temperatura inicial. O gráfico mostra como variou a temperatura da água (θ), em função do tempo, no processo descrito.
[Gráfico: θ (°C) × tempo, com a marca de 100 °C no eixo vertical. A temperatura sobe em linha reta de até um valor máximo abaixo de 100 °C, num intervalo , e depois desce em linha reta até voltar a , num intervalo .]
De acordo com o gráfico e desprezando a evaporação de qualquer quantidade de água na chaleira, desde que se iniciou o processo de aquecimento da água até ela voltar à temperatura inicial, em valor absoluto,
(A) a quantidade de calor absorvido pela água no processo de aquecimento foi menor do que a quantidade de calor perdida por ela no processo de resfriamento.
(B) a potência térmica no processo de aquecimento da água foi menor do que a potência térmica no processo de resfriamento.
(C) a quantidade de calor absorvido pela água no processo de aquecimento foi maior do que a quantidade de calor perdida por ela no processo de resfriamento.
(D) a potência térmica no processo de aquecimento da água foi maior do que a potência térmica no processo de resfriamento.
(E) a potência térmica no processo de aquecimento da água foi igual à potência térmica no processo de resfriamento.
(Enunciado e figura: Vestibular Santa Marcelina 2023 (2º semestre) — FASM/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade Santa Marcelina (FASM) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: comparar os calores e as potências térmicas do aquecimento e do resfriamento.
Passo 1 — os calores são iguais. Sem evaporação, a massa de água não muda. Ela sobe de θ_amb até o máximo e desce do máximo até θ_amb: a variação de temperatura tem o mesmo valor absoluto nas duas etapas. Pela equação do calor sensível:
Então o calor absorvido no aquecimento é igual ao calor perdido no resfriamento. Isso derruba (A) e (C).
Passo 2 — as potências são diferentes. Potência térmica é calor por tempo. O mesmo |Q| foi trocado num tempo menor no aquecimento (Δt₁ < Δt₂):
A potência no aquecimento foi maior que no resfriamento.
Conferindo pelo gráfico: a reta de subida é mais inclinada que a de descida; a inclinação |Δθ/Δt| é proporcional à potência térmica, já que m·c é a mesma.
⚠️ A armadilha: achar que, como o resfriamento demorou mais, a água perdeu mais calor (alternativa A). O tempo maior só indica uma troca mais lenta, não uma troca maior.
A ideia em uma frase: mesmo Δθ, mesmo calor; quem troca esse calor em menos tempo tem potência maior.
Resposta: alternativa D (a potência no aquecimento foi maior).
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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