UEPG 2023 (Vocacionada) — questão 37 de Física

Gabarito 28Termologia — calorimetria com mudança de fase, dilatação anômala da água e dilatação de líquidosVestibular de Verão · Prova Vocacionada (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 37 de Física do UEPG 2023 (Vocacionada)

Enunciado em texto

Quando um corpo é aquecido, a dilatação ocorre porque os átomos que o constituem aumentam sua vibração, acarretando, na maioria das substâncias, um maior afastamento entre eles. Em relação à Termologia, assinale o que for correto.

(01) São misturados 500 g de gelo a –20 °C com 450 g de água líquida a 100 °C. Após o equilíbrio térmico, teremos água líquida à temperatura de 5 °C. São dados: calor específico do gelo e da água respectivamente iguais a 0,5 cal/g°C e 1,0 cal/g°C.

(02) Se dois corpos de massas iguais e substâncias diferentes, nas mesmas condições, receberem iguais quantidades de calor, a variação de temperatura será maior no corpo que for constituído de material de maior calor específico.

(04) Quando a água é aquecida de 2 °C até 4 °C, sua massa específica aumenta.

(08) Quando uma placa metálica com um furo é resfriada, tanto a placa como o furo tendem a diminuir.

(16) Um recipiente de vidro de volume 2000 cm³ está completamente cheio de mercúrio a 20 °C. O conjunto é aquecido até 240 °C. Logo, as dilatações real e aparente do mercúrio serão respectivamente iguais a 79,2 cm³ e 61,6 cm³.

Dados: γHg=18×10−5 ∘C−1\gamma_{\text{Hg}} = 18 \times 10^{-5}\ {}^{\circ}\text{C}^{-1}; γvidro=4×10−5 ∘C−1\gamma_{\text{vidro}} = 4 \times 10^{-5}\ {}^{\circ}\text{C}^{-1}

(Enunciado: Vestibular 2022 (1ª etapa) UEPG — UEPG.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG), Coordenadoria de Processos de Seleção (CPS).

Resolução comentada

O que a questão pede: julgar cinco afirmações de termologia e somar as corretas.

(01) Falsa. A questão não dá o calor latente de fusão do gelo; usamos o valor de sempre, L = 80 cal/g. Veja se a água quente consegue derreter todo o gelo:

Qaquecer=500⋅0,5⋅20=5 000 calQ_{\text{aquecer}} = 500 \cdot 0{,}5 \cdot 20 = 5\,000\ \text{cal}

Qfundir=500⋅80=40 000 calQ_{\text{fundir}} = 500 \cdot 80 = 40\,000\ \text{cal}

Qesfriar=450⋅1⋅100=45 000 calQ_{\text{esfriar}} = 450 \cdot 1 \cdot 100 = 45\,000\ \text{cal}

O gelo precisa de 45 000 cal para chegar a 0 °C e derreter inteiro, e a água quente cede exatamente 45 000 cal ao ir até 0 °C. Sobra zero: o equilíbrio é água líquida a 0 °C, não a 5 °C.

(02) Falsa. De Q=m c ΔθQ = m\,c\,\Delta\theta, com Q e m iguais, Δθ=Q/(mc)\Delta\theta = Q/(mc): quem tem maior calor específico esquenta menos.

(04) Verdadeira. É o comportamento anômalo da água: entre 0 °C e 4 °C ela se contrai ao ser aquecida. Volume diminuindo com a massa fixa, a massa específica aumenta (é máxima a 4 °C).

(08) Verdadeira. O furo se comporta como se fosse feito do mesmo material da placa: ao resfriar, todas as dimensões diminuem, inclusive as do furo.

(16) Verdadeira. Com Δθ=240−20=220\Delta\theta = 240 - 20 = 220 °C:

ΔVreal=2000⋅18×10−5⋅220\Delta V_{\text{real}} = 2000 \cdot 18 \times 10^{-5} \cdot 220

ΔVreal=79,2 cm3\Delta V_{\text{real}} = 79{,}2\ \text{cm}^3

ΔVfrasco=2000⋅4×10−5⋅220\Delta V_{\text{frasco}} = 2000 \cdot 4 \times 10^{-5} \cdot 220

ΔVfrasco=17,6 cm3\Delta V_{\text{frasco}} = 17{,}6\ \text{cm}^3

O que transborda (dilatação aparente) é a diferença: 79,2 − 17,6 = 61,6 cm³.

⚠️ A armadilha: na (01), não checar se a água quente tem calor suficiente para derreter todo o gelo. Montar direto “calor cedido = calor recebido” com uma temperatura final acima de zero dá equação com resposta errada; aqui a energia acaba exatamente no ponto de fusão.

A ideia em uma frase: na mistura com gelo, primeiro compare quanto calor cada parte pode dar ou precisa receber até 0 °C; e na dilatação de líquidos, o que se vê transbordar é a real menos a do frasco.

Resposta: soma 28 (04 + 08 + 16).

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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