Questão 93 do ENEM 2020 — Física

A água sofre transições de fase sem que ocorra variação da pressão externa. A figura representa a ocorrência dessas transições em um laboratório.

3

4

Vapor de água Água líquida

Gelo

Tendo como base as transições de fase representadas (1 a 4), a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual à quantidade de energia

A
liberada na etapa 4.
B
absorvida na etapa 3.
C
liberada na etapa 3.
D
absorvida na etapa 1.
✓
liberada na etapa 1.
Gabarito oficial: alternativa E

Resolução comentada

A questão pede que você relacione as transições de fase da água e perceba quais delas são processos inversos, já que a energia trocada em cada uma tem o mesmo módulo, mas sinal oposto.

Na figura, as etapas 1 e 2 ligam o gelo à água líquida, e as etapas 3 e 4 ligam a água líquida ao vapor. Em cada par, uma etapa é o caminho de ida e a outra é o caminho de volta. A quantidade de calor trocada numa mudança de fase é Q = m · L, em que L é o calor latente. Para a mesma massa de água e a mesma pressão, o valor de L é o mesmo na ida e na volta.

Como a etapa 2 absorve energia (é o sentido gelo → líquido, a fusão, que exige calor para romper a estrutura cristalina), a etapa inversa, que é a solidificação (líquido → gelo), libera exatamente a mesma quantidade de energia: Q(fusão) = m · L_fusão e Q(solidificação) = −m · L_fusão. Essa é a etapa 1.

A resposta é a energia liberada na etapa 1. As demais comparações falham porque as etapas 3 e 4 envolvem líquido e vapor, com calor latente de vaporização (muito maior que o de fusão), então não podem ter o mesmo valor; e dizer que a etapa 1 absorve energia contraria o fato de que ela é a inversa da etapa 2, que absorve.

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