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Questão 73 (CFS 2) da EEAR 2022

CFS 2 · Física: Mudanças de estado físico e calor latente

– O gráfico a seguir representa a temperatura (T) de uma amostra de água pura, em °C, em função do calor (Q), em joules, ao qual essa amostra está exposta. No gráfico podemos observar 5 regiões A, B, C, D e E onde B e D representam dois patamares.

Gráfico de temperatura T em graus Celsius versus calor Q em joules para aquecimento de água pura, mostrando os trechos A de aquecimento do gelo, B de fusão a 0 °C, C de aquecimento da água líquida, D de vaporização a 100 °C e E de aquecimento do vapor

Nas alternativas a seguir, as regiões A, B, C, D e E são representadas por pontos ou por frações de uma reta paralela ao eixo horizontal. Assinale a alternativa que representa corretamente essas 5 regiões no respectivo diagrama de fase da amostra de água pura anteriormente citada.

  1. A
    Diagrama de fases Pressão versus Temperatura mostrando os pontos B, C e D e os intervalos A e E sobre uma reta horizontal tracejada
  2. B
    Diagrama de fases Pressão versus Temperatura com os pontos B, C e D e intervalos A e E sobre uma reta horizontal tracejada abaixo do ponto triplo
  3. C
    Diagrama de fases Pressão versus Temperatura com pontos de transição de fase B e D sobre as curvas de fusão e vaporização, e intervalos A no estado sólido, C no estado líquido e E no estado de vapor
  4. D
    Diagrama de fases Pressão versus Temperatura com pontos de transição D e B e intervalos E, C e A em posições invertidas de temperatura
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Resolução comentada

O gráfico mostra uma água aquecida a pressão constante, partindo de gelo a -20\ °\text{C}. Num diagrama de fases, isso corresponde a percorrer uma reta horizontal (pressão fixa) da esquerda para a direita, no sentido de temperatura crescente.

Os trechos do gráfico são:

  1. A: gelo esququecendo, ou seja, só sólido, em temperaturas abaixo de 0\ °\text{C}.
  2. B: patamar em 0\ °\text{C}, a fusão. É um ponto sobre a curva sólido-líquido.
  3. C: líquido aquecendo, de 0 a 100\ °\text{C}. É um intervalo entre as duas curvas.
  4. D: patamar em 100\ °\text{C}, a vaporização. É um ponto sobre a curva líquido-vapor.
  5. E: vapor aquecendo, acima de 100\ °\text{C}.

Como a pressão é a mesma, a reta deve cruzar a região de líquido, ou seja, ficar acima do ponto triplo. Assim ela passa pela região sólida, cruza a curva de fusão (B), atravessa a região líquida (C), cruza a curva de vaporização (D) e termina na região de vapor (E).

As alternativas A e B traçam a reta abaixo do ponto triplo, passando direto de sólido para vapor (sublimação), sem trecho líquido. A alternativa D inverte a ordem, com E à esquerda e A à direita. Só a alternativa C tem a sequência A, B, C, D, E correta, com C como intervalo entre B e D.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa D engana por ter os pontos e intervalos certos, mas com a ordem de temperatura invertida; A e B enganam por colocarem a reta abaixo do ponto triplo.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA reta passa pelo ponto triplo/abaixo da região líquida, sem trecho líquido C entre dois patamares; B, C e D ficam amontoados.
  • BA reta está abaixo do ponto triplo, então ocorreria sublimação e não haveria intervalo de líquido.
  • DInverte a ordem das regiões: a temperatura cresce para a direita, então A (gelo) não pode estar à direita e E (vapor) à esquerda.

Assunto: Mudanças de estado físico e calor latente.

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Fonte: EEAR 2022 · CFS 2. Prova oficial ↗