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Questão 90 (CFS 1) da EEAR 2021

CFS 1 · Física: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor

– Atualmente, a pressão da atmosfera interna de aviões comerciais a jato durante o voo é de 80\text{ kPa}. Nessa pressão, a água utilizada na preparação de chás e cafés entra em ebulição a 76\ ^\circ\text{C}. Assim, essas bebidas passam aos passageiros a impressão de estarem mornas. No entanto, existe o desenvolvimento de materiais a serem utilizados na construção de novas aeronaves que permitam aumentar a pressão atmosférica interna do avião durante todo o voo para 100\text{ kPa}. Nesse novo valor a água entra em ebulição a 100\ ^\circ\text{C}. O aumento de energia necessário para fazer 200\text{ mL} de água entrar em ebulição na nova situação, em calorias, é igual a _____ .

Adote em ambos os casos:
1- densidade da água igual a 10^3\text{kg/m}^3;
2- a mesma temperatura inicial da água;
3- calor específico da água igual a 1\text{ cal/g}^\circ\text{C}.

  1. A
    9.600
  2. B
    4.800
  3. C
    4.000
  4. D
    2.400
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Resolução comentada

O calor necessário para aquecer a água sem mudar de estado é o calor sensível: Q = m\,c\,\Delta T. Como a temperatura inicial é a mesma nas duas situações, a diferença de energia vem só da diferença entre as temperaturas de ebulição.

  1. Massa da água: a densidade é 10^3\ \text{kg/m}^3 = 1\ \text{g/mL}, então 200\ \text{mL} correspondem a m = 200\ \text{g}.

  2. Diferença entre as temperaturas finais: \Delta T_{\text{extra}} = 100 - 76 = 24\ ^\circ\text{C}.

  3. Energia adicional:

Q = m\,c\,\Delta T = 200 \cdot 1 \cdot 24 = 4\,800\ \text{cal}

Portanto, aquecer a água até 100\ ^\circ\text{C} exige 4.800 cal a mais do que aquecê-la até 76\ ^\circ\text{C}. Não entra o calor latente, porque a questão pede a energia para a água "entrar em ebulição", ou seja, para chegar ao ponto de ebulição.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AUsa m = 400\ \text{g} (dobra a massa), erro de conversão de volume em massa.
  • CNão corresponde a nenhuma conta correta; seria \Delta T \approx 20\ ^\circ\text{C}, valor que não aparece no enunciado.
  • DUsa metade da massa (100 g) ou metade da variação de temperatura.

Assunto: Calorimetria: calor sensível e trocas de calor.

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Fonte: EEAR 2021 · CFS 1. Prova oficial ↗