UNICAMP 2027 — questão 67 de Física

Gabarito BCalorimetria — calor sensível e mudança de fase (gráfico temperatura × tempo)1ª fase · Conhecimentos Gerais · Versão QY

Enunciado da questão 67 de Física do UNICAMP 2027 — Enunciado — imagem da prova

Enunciado em texto

Um dos maiores problemas dos computadores modernos é o calor gerado por chips cada vez menores e mais potentes. O gálio (Ga) é um material promissor para a refrigeração de chips devido às suas propriedades, como alta condutividade térmica. Considere uma amostra sólida de Ga de massa $m_{Ga} = 10$ g, em um processo térmico no qual esse material recebe calor do chip de um computador com potência variável. O sistema está a uma temperatura inicial $T_1 = 20$ °C, e, após, um determinado tempo, essa amostra sofre uma transição de fase para o estado líquido a $T_2 = 30$ °C, atingindo em $t = 230$ s uma temperatura $T_3$ na fase líquida. Considere que a quantidade de calor recebida pela amostra na sua fase líquida para variar sua temperatura de $T_2$ a $T_3$ é $Q = 80$ J. Sendo o calor específico do Ga na fase líquida igual a $c_{liq} = 0{,}4$ J/(g·°C), o gráfico que melhor representa esse processo térmico é

Observação: Para melhor visualização dos dados, foi introduzida uma quebra indicada pelo símbolo // nos eixos dos tempos (s) de alguns gráficos.

a) [Gráfico temperatura (°C) × tempo (s): sobe de 20 °C para 30 °C entre 0 e 10 s; fica em 30 °C (patamar) até cerca de 210 s; depois sobe em linha reta até 120 °C em 230 s.]

b) [Gráfico temperatura (°C) × tempo (s): sobe de 20 °C para 30 °C entre 0 e 10 s; fica em 30 °C (patamar) até cerca de 210 s; depois sobe em linha reta até 50 °C em 230 s.]

c) [Gráfico temperatura (°C) × tempo (s): uma única reta subindo de 20 °C em 0 s até 50 °C em cerca de 220 s, sem patamar.]

d) [Gráfico temperatura (°C) × tempo (s): uma única reta descendo de 20 °C em 0 s até 0 °C em cerca de 220 s.]

(Enunciado e figura: Vestibular Unicamp 2027, 1ª fase — Comvest/Unicamp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à UNICAMP.

Resolução comentada

O que a questão pede: o gráfico temperatura × tempo do gálio, que esquenta, derrete e continua esquentando já líquido.

Passo 1 — o formato do gráfico. O gálio recebe calor, então a temperatura não pode cair: a (D) sai. Durante a mudança de fase, a temperatura fica constante (todo o calor vai para desfazer a estrutura do sólido): o gráfico tem de ter um patamar em 30 °C. A (C), uma reta sem patamar, sai.

Passo 2 — a temperatura final, com o calor sensível do líquido:

$Q = m\,c_{liq}\,\Delta T$

$80 = 10 \times 0{,}4 \times \Delta T$

$\Delta T = \frac{80}{4} = 20\ ^\circ\text{C}$

$T_3 = T_2 + \Delta T = 30 + 20 = 50\ ^\circ\text{C}$

Passo 3 — o gráfico. Sobe de 20 °C a 30 °C (sólido aquecendo), fica em 30 °C (fusão) e sobe até 50 °C em 230 s (líquido aquecendo). É o gráfico B.

Por que não a A: ela tem o formato certo, mas termina em 120 °C, um $\Delta T$ de 90 °C. Com $c_{liq} = 0{,}4$ J/(g·°C) e 10 g, isso exigiria $10 \times 0{,}4 \times 90 = 360$ J, e não 80 J.

⚠️ A armadilha: marcar a C, que também vai de 20 °C a 50 °C, sem notar que falta o patamar da fusão. E um detalhe que dá sentido à questão: o gálio derrete a cerca de 30 °C de verdade (derrete na palma da mão), por isso serve para levar calor dos chips.

A ideia em uma frase: calor sensível muda a temperatura ( $Q = mc\Delta T$ ); calor latente muda a fase com a temperatura parada — no gráfico, um patamar.

Observação: gabarito extraoficial. A Comvest ainda não divulgou o gabarito oficial desta prova; a resposta abaixo é a da nossa resolução e será conferida com o gabarito oficial assim que ele sair.

Resposta: alternativa B.

Resolução em vídeo

Resolução em vídeo da UNICAMP 2027 — canal Professor Filatte.

Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.

Outras questões de Física do UNICAMP 2027

Gabarito e resolução de todas as questões de Física do UNICAMP 2027 →

Mais questões de Termologia e calorimetria, de todas as bancas, resolvidas passo a passo. Ver todos os assuntos →