Em uma aula experimental de calorimetria, uma professora queimou 2,5 g de castanha-de-caju crua para aquecer 350 g de água, em um recipiente apropriado para diminuir as perdas de calor. Com base na leitura da tabela nutricional a seguir e da medida da temperatura da água, após a queima total do combustível, ela concluiu que 50% da energia disponível foi aproveitada. O calor específico da água é 1 cal g-1°C-1, e sua temperatura inicial era de 20 °C.
Qual foi a temperatura da água, em grau Celsius, medida ao final do experimento?
A) 25
B) 27
C) 45
D) 50
E) 70
Resolução em Texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
- Calorimetria.
Nível da Questão: Médio.
Gabarito: ✅ Alternativa C.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌O comando da questão pede para determinar a temperatura final da água após a queima de 2,5 g de castanha-de-caju, considerando que 50% da energia liberada foi utilizada para aquecer 350 g de água.
Palavras-chave:
- Calorimetria → Estudo do calor transferido.
- Energia aproveitada → Apenas 50% da energia total será utilizada.
- Calor específico da água → 1 cal/g°C.
- Temperatura inicial da água → 20°C.
📌Objetivo da questão: Utilizar os conceitos de calorimetria e conservação de energia para encontrar a temperatura final da água após a absorção do calor gerado pela combustão da castanha.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
🔹 Calorimetria: Área da termodinâmica que estuda as trocas de calor entre corpos. A fórmula utilizada para calcular a variação de temperatura de um corpo quando recebe ou perde calor é: Q=m×c×ΔTQ = m × c × ΔT
onde:
- Q = quantidade de calor (cal)
- m = massa do corpo (g)
- c = calor específico (cal/g°C)
- ΔT = variação de temperatura (T final – T inicial)
🔹 Conversão de calorias e quilocalorias:
- 1 kcal = 1000 cal.
🔹 Energia dos alimentos: A energia liberada pela combustão de um alimento pode ser usada para aquecer a água.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
- A tabela informa que 10 g de castanhas fornecem 70 kcal.
- A professora queimou 2,5 g de castanhas.
- O experimento aproveitou 50% da energia gerada.
- A água inicial estava a 20°C e queremos determinar a temperatura final.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
🔹 Passo 1: Cálculo da energia total liberada pela castanha
A energia total contida em 2,5 g de castanha pode ser determinada por regra de três:
10 g → 70 kcal
2,5 g → X kcal
Multiplicando e dividindo:
X = 2,5 × 70 ÷ 10
X = 17,5 kcal = 17500 cal
🔹 Passo 2: Determinar a energia aproveitada
Como apenas 50% da energia foi absorvida pela água, temos:
Q aproveitado = 17500 × 0,5
Q aproveitado = 8750 cal
🔹 Passo 3: Aplicação da fórmula da calorimetria
Usamos a equação do calor:
Q = m × c × (Tf – Ti)
Substituindo os valores:
8750 = 350 × 1 × (Tf – 20)
Resolvendo:
8750 ÷ 350 = Tf – 20
25 = Tf – 20
Tf = 25 + 20
Tf = 45°C
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
✅ Alternativa Correta: C) 45°C
O cálculo confirma que a temperatura final da água será 45°C, seguindo corretamente os princípios da calorimetria.
❌ Alternativa A) 25°C → Valor muito baixo, não considera a absorção total do calor.
❌ Alternativa B) 27°C → Também é um valor incorreto, subestimando a energia transferida.
❌ Alternativa D) 50°C → Superestima a temperatura final.
❌ Alternativa E) 70°C → Muito além do valor correto.
⚠ Dica Geral: Sempre verificar o percentual de aproveitamento da energia antes de aplicar a equação da calorimetria.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
🔍 Resumo Final:
A partir da energia liberada pela combustão das castanhas e do calor específico da água, aplicamos a equação da calorimetria para calcular a temperatura final da água. Considerando que apenas 50% da energia foi aproveitada, o resultado correto é 45°C, o que confirma a alternativa C.
✅ Alternativa correta: C)
