A caracterização das propriedades térmicas dos materiais é de suma importância para o seu emprego em múltiplas aplicações, bem como para a busca de novos materiais. Uma classe particular desses materiais é chamada de Materiais de Mudança de Fase (PCM, do inglês Phase Change Materials ) por apresentarem valores elevados do calor latente de fusão, vaporização, etc. a) A parafina é um componente encontrado em alguns PCMs. Uma amostra de parafina, inicialmente na sua temperatura de fusão, recebe calor a uma potência líquida, já excluindo-se as perdas, dada por . Sendo o calor latente de fusão dessa amostra, quanto tempo será necessário para fundir uma massa da parafina? Dado: 1cal4J . b) No espaço de respostas, o gráfico representa a temperatura em função do tempo de duas amostras metálicas, Al e Cu, durante o aquecimento de cada uma delas produzido pela absorção de energia de um laser. As amostras, tendo massas idênticas e estando sujeitas a condições de troca de calor similares, apresentam tempos de aquecimento diferentes, uma vez que têm calores específicos bem distintos: e . Se a massa da amostra de Al for dada por , qual é o calor Q nela armazenado desde o instante até ?

Questão 11 (2º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2026

2º dia · Física

A caracterização das propriedades térmicas dos materiais é de suma importância para o seu emprego em múltiplas aplicações, bem como para a busca de novos materiais. Uma classe particular desses materiais é chamada de Materiais de Mudança de Fase (PCM, do inglês Phase Change Materials) por apresentarem valores elevados do calor latente de fusão, vaporização, etc.

a) A parafina é um componente encontrado em alguns PCMs. Uma amostra de parafina, inicialmente na sua temperatura de fusão, recebe calor a uma potência líquida, já excluindo-se as perdas, dada por P = 30\text{ W}. Sendo L = 60\text{ cal/g} o calor latente de fusão dessa amostra, quanto tempo será necessário para fundir uma massa m_{\text{parafina}} = 20\text{ g} da parafina?
Dado: 1\text{ cal} \simeq 4\text{ J}.

b) No espaço de respostas, o gráfico representa a temperatura em função do tempo de duas amostras metálicas, Al e Cu, durante o aquecimento de cada uma delas produzido pela absorção de energia de um laser. As amostras, tendo massas idênticas e estando sujeitas a condições de troca de calor similares, apresentam tempos de aquecimento diferentes, uma vez que têm calores específicos bem distintos: c_{\text{Al}} \simeq 900\text{ J}/(\text{kg}\cdot{^\circ}\text{C}) e c_{\text{Cu}} \simeq 400\text{ J}/(\text{kg}\cdot{^\circ}\text{C}). Se a massa da amostra de Al for dada por m_{\text{Al}} = 1{,}5 \times 10^{-5}\text{ kg}, qual é o calor Q nela armazenado desde o instante t = 0 até t = 0{,}15\text{ s}?

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Resposta esperada

Resposta esperada pela FUVEST

L = 60\text{ cal/g} = \left(4\ \frac{\text{J}}{\text{cal}}\right) \times \left(60\ \frac{\text{cal}}{g}\right) = 240\text{ J/g}

\left. \begin{array}{l} Q = m_{\text{parafina}}L \\ Q = P\Delta t \end{array} \right\} \Rightarrow \Delta t = \frac{m_{\text{parafina}}L}{P}

\Delta t = \frac{(20\text{ g}) \times (240\text{ J/g})}{P = 30\text{ W}} = 160\text{ s.}

Q = m\, c_{\text{Al}}\, \Delta\theta

Do gráfico temos: \Delta\theta = (20{,}06 - 20{,}00)\ ^\circ\text{C} = 0{,}06^\circ\text{C}

Q = m\, c_{\text{Al}}\, \Delta\theta = \left(1{,}5 \times 10^{-5}\text{ kg}\right) \times \left(900\ \frac{\text{J}}{\text{kg}\ ^\circ\text{C}}\right) \times (0{,}06\ ^\circ\text{C}) = 8{,}1 \times 10^{-4}\text{ J.}

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