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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 54 (1º exame) da FUVEST 2001

1º exame · Física: Mudanças de estado físico e calor latente

Texto-base das questões 41 a 60 · V

OBSERVAÇÃO (para todas as questões de Física): o valor da aceleração da gravidade na superfície da Terra é representado por g. Quando necessário adote: para g, o valor de 10\text{ m/s}^2; para a massa específica (densidade) da água, o valor 1.000\text{ kg/m}^3 = 1\text{ g/cm}^3; para o calor específico da água, o valor 1{,}0\text{ cal/(g}\text{.} ^\text{o}\text{C)} (1\text{ caloria} \text{ ≅ } 4\text{ joules}). Lembre-se de que \sen 30^\circ = \cos 60^\circ = 0{,}5 e \sen 45^\circ = \cos 45^\circ = \sqrt{2} /2.

Em uma panela aberta, aquece-se água, observando-se uma variação da temperatura da água com o tempo, como indica o gráfico. Desprezando-se a evaporação antes da fervura, em quanto tempo, a partir do começo da ebulição, toda a água terá se esgotado? (Considere que o calor de vaporização da água é cerca de 540\text{ cal/g})

Gráfico da temperatura T em graus Celsius (°C) versus tempo t em minutos (min). Uma reta linear crescente passa pelos pontos (1, 30), (2, 40), (3, 50), (4, 60) e (5, 70).

  1. A
    18 minutos
  2. B
    27 minutos
  3. C
    36 minutos
  4. D
    45 minutos
  5. E
    54 minutos
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Resolução comentada

A potência da fonte é constante, então o calor recebido pela água é proporcional ao tempo. Vamos achar essa potência pelo trecho de aquecimento, em que Q = m c \Delta T.

  1. Pelo gráfico, a temperatura sobe 10\ ^\circ\text{C} a cada minuto (de 30 a 70\ ^\circ\text{C} em 4 min).
  2. Em 1 min: Q = m \cdot 1{,}0 \cdot 10 = 10m\ \text{cal}, sendo m a massa de água em gramas. Logo, a potência é P = 10m\ \text{cal/min}.
  3. Na ebulição a temperatura fica constante em 100\ ^\circ\text{C} e todo o calor recebido vira vaporização: Q = mL = m \cdot 540\ \text{cal}.
  4. O tempo necessário é
t = \frac{Q}{P} = \frac{540m}{10m} = 54\ \text{min}

A massa m se cancela, por isso não precisamos conhecê-la. Como a panela é aberta e a água já está a 100\ ^\circ\text{C} no começo da ebulição, não há mais aquecimento a considerar.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AValor sem base no cálculo; não corresponde a 540/10.
  • BResultado de erro de conta na razão entre 540 e a taxa de aquecimento.
  • CTambém não vem de L/(c\cdot\text{taxa}); erro na taxa de aquecimento.
  • DValor aproximado, mas 540/10 não dá 45.

Assuntos: Mudanças de estado físico e calor latente, Calorimetria: calor sensível e trocas de calor.

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Ver como caiu na prova Questão 54 no caderno V da FUVEST 2001

Fonte: FUVEST 2001 · 1º exame. Prova oficial ↗