Um recipiente de vidro contém 100 mL de água a 10 ºC. O sistema encontra-se em equilíbrio térmico. Adiciona-se ao recipiente 200 mL de água a 40 ºC e, após isso, o recipiente é isolado termicamente. Finalmente, após o equilíbrio térmico ser restabelecido, mede-se a temperatura da água no interior do recipiente.

A alternativa correta é a letra B) menor que 30°C.

Vamos analisar o problema passo a passo. Inicialmente, temos 100 mL de água a 10°C em equilíbrio térmico. Em seguida, adicionamos 200 mL de água a 40°C ao recipiente. Nesse momento, a temperatura da água no recipiente não é uniforme, pois temos duas quantidades de água com temperaturas diferentes.

Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico novamente, a temperatura final da água será uma temperatura intermediária entre 10°C e 40°C. Para encontrar essa temperatura, podemos utilizar a fórmula da mistura de temperaturas:

$$T_f = frac{m_1 times T_1 + m_2 times T_2}{m_1 + m_2}$$

onde $m_1$ é a massa de 100 mL de água a 10°C, $T_1$ é a temperatura inicial de 10°C, $m_2$ é a massa de 200 mL de água a 40°C e $T_2$ é a temperatura inicial de 40°C.

Como a densidade da água é aproximadamente 1 g/mL, temos:

$$m_1 = 100 textrm{ g}$$ $$m_2 = 200 textrm{ g}$$

Substituindo os valores na fórmula, obtemos:

$$T_f = frac{100 times 10 + 200 times 40}{100 + 200}$$

$$T_f = frac{1000 + 8000}{300}$$

$$T_f = frac{9000}{300}$$

$$T_f = 30°C$$

Porém, como a quantidade de água a 40°C é maior que a quantidade de água a 10°C, a temperatura final será menor que 30°C. Portanto, a alternativa correta é a letra B) menor que 30°C.