Ciências da NaturezaTermologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor)Difícil

Questão de Termologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor) — ENEM

Em um projeto de pesquisa sobre a eficiência de sistemas de refrigeração em câmaras frigoríficas industriais, engenheiros precisam calcular a energia total necessária para transformar blocos de gelo em água líquida quente, passando por duas etapas distintas. Na primeira etapa, o gelo a zero grau Celsius absorve calor latente de fusão (Q₁ = m · Lf) sem mudar de temperatura, pois toda a energia vai para romper as ligações cristalinas. Para a água, o calor latente de fusão vale 334 joules por grama. Na segunda etapa, a água líquida a zero grau Celsius é aquecida até 50 graus Celsius, absorvendo calor sensível (Q₂ = m · c · ΔT), com o calor específico da água igual a 4,2 joules por grama por grau Celsius. Em um dos ensaios, os engenheiros partem de 100 gramas de gelo a 0 °C. Considerando as duas etapas e os valores fornecidos, qual é a quantidade total de energia absorvida ao final do processo?
A13 400 J
B21 000 J
C33 400 J
D54 400 J
E67 800 J

Gabarito comentado

Quando uma substância passa por uma mudança de estado seguida de aquecimento, é preciso somar o calor latente (Q = m·Lf) ao calor sensível (Q = m·c·ΔT). As duas parcelas são independentes: a primeira funde sem variar a temperatura; a segunda aquece sem mudar o estado. Esse cálculo combinado é essencial no dimensionamento de sistemas de refrigeração e na engenharia de processos industriais.

Resolução passo a passo

O processo ocorre em duas etapas sequenciais. Na primeira, o gelo funde a 0 °C: Q₁ = m · Lf = 100 × 334 = 33 400 J. Na segunda, a água líquida é aquecida de 0 °C a 50 °C: Q₂ = m · c · ΔT = 100 × 4,2 × 50 = 21 000 J. A energia total é Q = Q₁ + Q₂ = 33 400 + 21 000 = 54 400 J. O valor 13 400 J seria apenas uma fração do calor latente; 21 000 J corresponde somente ao calor sensível, ignorando a fusão; 33 400 J é só o calor latente, esquecendo o aquecimento; 67 800 J somaria 33 400 e 34 400, usando ΔT = 82 °C em vez de 50 °C. Apenas 54 400 J soma corretamente as duas contribuições, representando a energia total absorvida nas duas etapas.

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