UEM 2010 (Verão, Conhecimentos Específicos) — questão 6 de Física

Gabarito 07Calorimetria — aquecedor solar: calor sensível, capacidade térmica, mistura e escalasVestibular de Verão · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 6 de Física do UEM 2010 (Verão, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Sistemas domésticos de aquecimento de água estão cada vez mais presentes nos empreendimentos imobiliários. Esses sistemas são constituídos de uma unidade de aquecimento que utiliza a radiação solar como fonte de aquecimento e de um reservatório de água. Considere um sistema desse tipo com volume total de 500 litros, que seja capaz de aumentar a temperatura desse volume de água em 2 °C a cada hora de exposição à luz solar. A temperatura inicial da água é de 23 °C, e o sistema é exposto à luz solar das 8 às 18 horas. Desprezando a possível troca de calor do sistema com o meio ambiente, assinale o que for correto.

(01) A temperatura da água às 18 horas é 43 °C.

(02) A quantidade de calor recebido pelos 500 litros de água até as 18 horas é 1×1071 \times 10^7 cal.

(04) Se ao meio dia, metade do volume de água for retirado e imediatamente reposto com água a 23 °C, a temperatura de equilíbrio térmico é de aproximadamente 300 K.

(08) A capacidade térmica dos 500 litros de água é 1×1051 \times 10^5 cal/°C.

(16) Às onze horas, a temperatura da água é inferior a 35 °F.

(Enunciado: Vestibular UEM 2010 (Verão), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: acompanhar o aquecimento hora a hora e aplicar Q=mcΔTQ = mc\Delta T, com 500 L de água = 500 000 g e c=1c = 1 cal/(g·°C).

(01) Verdadeira. Das 8 às 18 h são 10 h, a 2 °C por hora:

T=23+10×2=43 ∘CT = 23 + 10 \times 2 = 43\ {}^{\circ}\text{C}

(02) Verdadeira.

Q=m c ΔTQ = m\,c\,\Delta T

Q=5×105×1×20Q = 5 \times 10^5 \times 1 \times 20

Q=1×107 calQ = 1 \times 10^7\ \text{cal}

(04) Verdadeira. Ao meio-dia (4 h de sol) a água está a 23+8=3123 + 8 = 31 °C. Misturando 250 L a 31 °C com 250 L a 23 °C (massas iguais), o equilíbrio é a média:

Te=31+232=27 ∘CT_e = \frac{31 + 23}{2} = 27\ {}^{\circ}\text{C}

Te=27+273=300 KT_e = 27 + 273 = 300\ \text{K}

(08) Falsa.

C=m c=5×105×1C = m\,c = 5 \times 10^5 \times 1

C=5×105 cal/∘CC = 5 \times 10^5\ \text{cal/}{}^{\circ}\text{C}

(16) Falsa. Às 11 h (3 h de sol) a água está a 23+6=2923 + 6 = 29 °C. Em Fahrenheit:

θF=1,8×29+32≈84 ∘F\theta_F = 1{,}8 \times 29 + 32 \approx 84\ {}^{\circ}\text{F}

bem acima de 35 °F (35 °F é menos de 2 °C).

⚠️ A armadilha: na (08), esquecer que 500 L de água têm 500 kg = 5×1055 \times 10^5 g. A capacidade térmica é a massa em gramas vezes 1 cal/(g·°C).

A ideia em uma frase: Q = mcΔT, e misturando massas iguais da mesma substância o equilíbrio é a média das temperaturas.

Resposta: soma 07 (01 + 02 + 04).

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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