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

Gabarito DCalorimetria — calor trocado e potência térmica no aquecimento e no resfriamentoProcesso Seletivo Medicina · 2º semestre · Conhecimentos Gerais
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 55 de Física do Santa Marcelina 2023 (2º semestre)

Enunciado em texto

Para obter água fervente, uma pessoa encheu uma chaleira com água à temperatura ambiente (θamb\theta_{\text{amb}}) 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 θamb\theta_{\text{amb}} até um valor máximo abaixo de 100 °C, num intervalo Δt1\Delta t_1, e depois desce em linha reta até voltar a θamb\theta_{\text{amb}}, num intervalo Δt2>Δt1\Delta t_2 > \Delta t_1.]

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:

∣Q∣=m c ∣Δθ∣|Q| = m\,c\,|\Delta\theta|

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):

P1=∣Q∣Δt1>P2=∣Q∣Δt2P_1 = \frac{|Q|}{\Delta t_1} > P_2 = \frac{|Q|}{\Delta t_2}

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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