UFRGS 2020 — questão 12 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: o calor, por quilograma, para levar o gelo de −2 °C até água a 10 °C.

Passo 1 — as três etapas. O gelo precisa (1) aquecer até 0 °C, (2) derreter a 0 °C e (3) a água aquecer até 10 °C. Por unidade de massa, Q/m = c·ΔT nas etapas de aquecimento e L na fusão.

Passo 2 — aquecer o gelo de −2 °C a 0 °C:

$$\frac{Q_1}{m} = 2{,}1 \times 2 = 4{,}2\ \text{kJ/kg}$$

Passo 3 — derreter:

$$\frac{Q_2}{m} = 330\ \text{kJ/kg}$$

Passo 4 — aquecer a água de 0 °C a 10 °C, com $c_{\text{água}}$ = 2 × 2,1 = 4,2 kJ/(kg °C):

$$\frac{Q_3}{m} = 4{,}2 \times 10 = 42\ \text{kJ/kg}$$

Passo 5 — somar:

$$\frac{Q}{m} = 4{,}2 + 330 + 42 = 376{,}2\ \text{kJ/kg}$$

⚠️ As armadilhas, cada uma numa alternativa errada:

• usar o calor específico do gelo também para a água: 4,2 + 330 + 21 = 355,2 kJ/kg, a alternativa A;

• usar o calor específico da água também para o gelo: 8,4 + 330 + 42 = 380,4 kJ/kg, a alternativa D.

A ideia em uma frase: mudança de estado se calcula por etapas: aquece até a fusão, derrete (mL), aquece de novo — cada fase com o seu calor específico.

Resposta: alternativa C (376,2 kJ/kg).