Questão de Física — Física Térmica - Termologia — FGV 2026

Calorimetria: potência, vazão e variação de temperatura

Gabarito: letra B — 75 °C. A potência de 4000 kW é a taxa com que o calor é transferido à água; igualando essa potência ao produto da vazão mássica pelo calor específico pela variação de temperatura, obtém-se ΔT = 50 °C, que somado aos 25 °C iniciais resulta em 75 °C na saída. A relação usada é a equação fundamental da calorimetria para calor sensível, $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, aplicada na forma de potência.

A questão trabalha com o conceito de potência térmica, que é a quantidade de calor transferida por unidade de tempo. No regime permanente, todo o calor gerado pelo reator (4000 kW) é absorvido pela água que escoa, sem acúmulo de energia no sistema. Isso permite escrever a potência como o produto da vazão mássica ($\dot{m}$) pelo calor específico ($c$) pela variação de temperatura ($\Delta T$):

Essa expressão deriva diretamente da equação do calor sensível, $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$, dividida pelo intervalo de tempo — a massa $m$ vira vazão mássica $\dot{m}$ e o calor $Q$ vira potência $P$. É a mesma física de um aquecedor de água ou de um radiador de carro: a potência dissipada é convertida em aumento de temperatura do fluido que passa.

Substituindo os valores fornecidos:

• Potência: $P = 4000\ \text{kW} = 4000 \times 10^3\ \text{W} = 4{,}0 \times 10^6\ \text{J/s}$

• Vazão mássica: $\dot{m} = 20\ \text{kg/s}$

• Calor específico da água: $c = 4000\ \text{J/(kg·°C)}$

A água entra a 25 °C e sofre uma elevação de 50 °C, portanto sai a:

A pegadinha clássica desta questão é o candidato esquecer de somar a temperatura inicial — muitos calculam corretamente o ΔT de 50 °C e marcam a alternativa A (50 °C), que é apenas a variação, não a temperatura final. Outra armadilha é errar a conversão de kW para W: 4000 kW são 4 milhões de watts, não 4000 W. A banca também poderia ter trocado as unidades de calor específico (J/kg·°C por cal/g·°C), o que exigiria conversão — aqui, felizmente, tudo já está no Sistema Internacional.

Guarde a estrutura: potência = vazão × calor específico × ΔT. É essa equação que separa as alternativas — quem a domina resolve em duas linhas; quem decora fórmulas soltas tropeça na conversão de unidades ou no esquecimento da temperatura inicial.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Apresenta 50 °C, que é exatamente o valor da variação de temperatura ($\Delta T = 50\ \text{°C}$), não a temperatura de saída. O candidato que calcula a variação e esquece de somar a temperatura de entrada (25 °C) cai nessa armadilha. A temperatura final é $25 + 50 = 75\ \text{°C}$.

Alternativa B — ✅ Correta ⟵ GABARITO

É o resultado correto do cálculo completo: $\Delta T = 50\ \text{°C}$ somado à temperatura inicial de 25 °C resulta em 75 °C. A alternativa espelha exatamente a aplicação da equação $P = \dot{m} \cdot c \cdot \Delta T$ com a conversão correta de kW para W.

Alternativa C — ❌ Incorreta

125 °C corresponderia a um ΔT de 100 °C, o dobro do valor correto. Esse número surge se o candidato usar a potência como 8000 kW (dobro da real) ou se dividir a vazão pela metade (10 kg/s em vez de 20 kg/s) — erros de leitura ou de substituição dos dados.

Alternativa D — ❌ Incorreta

150 °C corresponderia a um ΔT de 125 °C. Esse valor não tem relação direta com nenhuma operação simples dos dados fornecidos; provavelmente resulta de uma combinação equivocada de potência e vazão, como usar 4000 kW com vazão de 8 kg/s (que daria ΔT = 125 °C).

Alternativa E — ❌ Incorreta

175 °C corresponderia a um ΔT de 150 °C. Assim como a alternativa D, não decorre de nenhuma manipulação correta dos dados — seria o resultado de usar uma vazão ainda menor (aproximadamente 6,67 kg/s) ou uma potência maior que a fornecida. É um distrator numérico sem correspondência com os valores do enunciado.

Gabarito: letra B