Exame de Física e Química A 2026 · 1.ª fase — item 6.2, resolvido

O ponto de partida. O gelo, inicialmente a uma temperatura abaixo de $0{}^{\circ }\mathrm{C}$, recebe energia do ambiente, mais quente, como calor. O que essa energia faz depende da fase em que a água está, e o gráfico tem um troço para cada situação. Duas leis governam o item:

• sem mudança de estado, a energia recebida faz subir a temperatura segundo $E=mc\Delta T$, onde $c$ é a capacidade térmica mássica — a energia necessária para elevar de $1\mathrm{K}$ a temperatura de $1\mathrm{kg}$ do material;
• durante uma mudança de estado de uma substância pura, a temperatura mantém-se constante: a energia recebida é usada para vencer as ligações entre as partículas (passar da estrutura do sólido para a do líquido) e não para aumentar a sua agitação. A energia necessária é $E=m\Delta h$, com $\Delta h$ a variação de entalpia mássica de fusão. Para o gelo, à pressão normal, a fusão dá-se a $0{}^{\circ }\mathrm{C}$.

1.º — o que esperar em cada troço

Considera a energia a chegar à água a um ritmo aproximadamente constante, $P=\frac{E}{\Delta t}$ (é o que um esboço com troços retos admite). Num troço sem mudança de estado, $E=mc\Delta T$ dá

O declive do gráfico $\theta (t)$ — a rapidez com que a temperatura sobe — é inversamente proporcional a $c$: com a mesma massa e o mesmo ritmo de transferência, quanto menor a capacidade térmica mássica, mais depressa a temperatura sobe.

O gráfico tem então de ter, por esta ordem:

• 1.º troço — aquecimento do gelo, de uma temperatura negativa até $0{}^{\circ }\mathrm{C}$;
• 2.º troço — fusão, a $0{}^{\circ }\mathrm{C}$: um patamar horizontal, porque a temperatura não varia enquanto houver gelo a fundir;
• 3.º troço — aquecimento da água líquida, de $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ até à temperatura ambiente.

2.º — o patamar elimina duas opções

Os esboços (C) e (D) passam de temperaturas negativas a positivas sem parar em $0{}^{\circ }\mathrm{C}$. Isso diria que o gelo funde enquanto a temperatura sobe, o que contradiz a constância da temperatura durante a mudança de estado. Ficam (A) e (B), que têm o patamar.

3.º — os declives decidem entre (A) e (B)

O enunciado dá a informação decisiva: $c_{\text{gelo}}<c_{\text{aˊgua lıˊquida}}$. A massa é a mesma nos dois troços (é a mesma água, só mudou de estado), e o ritmo de transferência considera-se o mesmo. Pela relação $\frac{\Delta \theta }{\Delta t}=\frac{P}{mc}$, o troço do gelo tem de ser mais inclinado do que o troço da água líquida. Para ter uma ideia: com valores típicos, $c_{\text{gelo}}\approx 2,1\times 10^3\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$, cerca de metade dos $4,18\times 10^3\mathrm{J}\mathrm{k}{\mathrm{g}}^{-1}{\mathrm{K}}^{-1}$ da água líquida — o gelo aquece cerca de duas vezes mais depressa.

Em (A), o primeiro troço é íngreme e o terceiro é menos inclinado: está certo. Em (B) é ao contrário.

Resposta: opção (A).

o que o esboço simplifica

Na realidade, à medida que a água se aproxima da temperatura ambiente, a diferença de temperatura diminui e a energia entra cada vez mais devagar: o último troço iria encurvando até ficar horizontal à temperatura ambiente. O esboço desenha troços retos, admitindo um ritmo de transferência constante. Isso não muda a comparação que o item pede — o patamar a $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ e a relação entre as inclinações do gelo e da água.

a origem de cada opção errada

• (B) — tem o patamar, mas com as inclinações trocadas: o gelo aquece devagar e a água líquida depressa. É o erro de quem associa «maior capacidade térmica mássica» a «aquece mais depressa». É ao contrário: uma capacidade térmica mássica maior quer dizer que é preciso mais energia para a mesma subida de temperatura — logo, com o mesmo ritmo de energia, a subida é mais lenta.
• (C) — inclinações certas (gelo mais íngreme), mas sem patamar: ignora a fusão, como se o gelo passasse a água líquida sem gastar energia nessa transformação.
• (D) — erra as duas coisas: não tem patamar e tem as inclinações trocadas.

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla: é tudo ou nada. Os $10$ pontos vêm inteiros ou não vêm, e uma resposta errada não desconta noutro item.

• Não indicar a versão da prova. Sem indicação inequívoca da versão, as respostas a todos os itens de seleção valem zero — as letras certas da Versão 1 e da Versão 2 são diferentes.
• Escrever duas letras. Se aparecer mais do que uma resposta ao mesmo item, só se classifica a que surgir em primeiro lugar.

É um dos itens opcionais: conta para a nota se estiver entre os quatro melhores dos oito.

• Olhar só para as inclinações e escolher (C), esquecendo a mudança de estado.
• Ler a capacidade térmica mássica ao contrário. Ela mede a «resistência» de um material a aquecer: quanto maior, mais devagar aquece com a mesma energia por unidade de tempo.

para reconhecer o próximo item deste tipo

Num gráfico de aquecimento (ou de arrefecimento) de uma substância pura: mudança de estado = patamar horizontal à temperatura de fusão ou de ebulição; fora das mudanças de estado, a inclinação é proporcional a $\frac{1}{mc}$ — com a mesma massa e o mesmo ritmo de energia, a fase com menor capacidade térmica mássica tem o troço mais inclinado.