UFRGS 2012 — questão 11 de Física
Enunciado em texto
Em um calorímetro são colocados 2,0 kg de água, no estado líquido, a uma temperatura de 0 °C. A seguir, são adicionados 2,0 kg de gelo, a uma temperatura não especificada. Após algum tempo, tendo sido atingido o equilíbrio térmico, verifica-se que a temperatura da mistura é de 0 °C e que a massa de gelo aumentou em 100 g.
Considere que o calor específico do gelo (c = 2,1 kJ/kg.°C) é a metade do calor específico da água e que o calor latente de fusão do gelo é de 330 kJ/kg; e desconsidere a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior.
Nessas condições, a temperatura do gelo que foi inicialmente adicionado à água era, aproximadamente,
(A) 0 °C.
(B) −2,6 °C.
(C) −3,9 °C.
(D) −6,1 °C.
(E) −7,9 °C.
(Enunciado: Concurso Vestibular UFRGS 2012, Física — UFRGS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Comissão Permanente de Seleção (COPERSE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a temperatura inicial do gelo, sabendo que, no equilíbrio, 100 g da água congelaram.
Passo 1 — de onde veio o calor. A água já estava a 0 °C e terminou a 0 °C: ela não esfriou. O único calor que ela cedeu foi ao congelar 100 g = 0,1 kg (é por isso que a massa de gelo aumentou):
Passo 2 — para onde foi o calor. Esse calor aqueceu os 2,0 kg de gelo, da temperatura inicial θ até 0 °C (o gelo não chegou a derreter, porque a massa de gelo aumentou):
Passo 3 — a temperatura inicial. O gelo subiu 7,9 °C até chegar a 0 °C; logo começou em −7,9 °C.
⚠️ A armadilha: usar o calor específico da água (4,2 kJ/kg·°C) no aquecimento do gelo: 33/(2,0 × 4,2) ≈ 3,9, e sai −3,9 °C, a alternativa C. Quem esquenta é o gelo, com c = 2,1.
A ideia em uma frase: o calor que a água perdeu ao congelar 100 g foi exatamente o que o gelo ganhou para subir até 0 °C.
Resposta: alternativa E (−7,9 °C).
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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