EXERCÍCIOS DE FÍSICA - Professor Fabio Teixeira CALORIMETRIA
1. (Ita 2007) A água de um rio encontra-se a uma velocidade inicial V constante, quando despenca de uma altura de 80 m, convertendo toda a sua energia mecânica em calor. Este calor é integralmente absorvido pela água, resultando em um aumento de 1 K de sua temperatura. Considerando 1 cal ¸ 4 J, aceleração da gravidade g = 10 m/s£ e calor específico da água c = 1,0 calg-¢°C-¢, calcula-se que a velocidade inicial da água V é de
a) 10Ë2 m/s. b) 20 m/s. c) 50 m/s.
d) 10 Ë32 m/s. e) 80 m/s.
2. (Ufu 2005) Considere as informações a seguir:
20 g de um gás ideal contido em um recipiente de 15 litros é resfriado, diminuindo sua temperatura de 30
°C para 10 °C.
Pede-se:
a) se o volume do recipiente for mantido fixo e a pressão exercida pelo gás nas paredes do recipiente diminuir 3000 N/m£ com o resfriamento, qual sua pressão quando a temperatura era de 30 °C?
b) se o gás, ao atingir 10 °C, sofre uma transição de fase, condensando-se, calcule a quantidade de calor liberada pelo gás ao ter sua temperatura reduzida de 30 °C para 10 °C, tornando-se líquido.
Dados: calor específico do gás = 0,2 cal/g.°C calor latente de vaporização = 10,0 cal/g
3. (Unifesp 2005) Uma esfera de aço de massa m = 0,20 kg a 200°C é colocada sobre um bloco de gelo a 0°C, e ambos são encerrados em um recipiente termicamente isolado.
Depois de algum tempo, verifica-se que parte do gelo se fundiu e o sistema atinge o equilíbrio térmico.
Dados:
coeficiente de dilatação linear do aço: ‘ = 11 × 10-§
°C-¢;
calor específico do aço: c = 450 J/(kg°C);
calor latente de fusão do gelo: L = 3,3 × 10¦ J/kg.
a) Qual a redução percentual do volume da esfera em relação ao seu volume inicial?
b) Supondo que todo calor perdido pela esfera tenha sido absorvido pelo gelo, qual a massa de água obtida?
4. (Unesp 2007) Antibióticos podem ser produzidos induzindo o crescimento de uma cultura de microorganismos em meios contendo nutrientes e oxigênio. Ao crescerem, esses microorganismos respiram e, com a oxigenação, retiram energia dos alimentos, que em parte será utilizada para a sua sobrevivência, e a restante liberada na forma de energia térmica. Quando os antibióticos são produzidos em escala industrial, a cultura de microorganismos se faz em grandes tanques, suficientemente oxigenados, conhecidos como biorreatores. Devido ao grande volume de nutrientes e microorganismos, a quantidade de energia térmica liberada por unidade de tempo neste processo aeróbico é grande e exige um sistema de controle da temperatura para mantê-la entre 30 °C e 36 °C.
Na ausência desse controlador, a temperatura do meio aumenta com o tempo. Para estimar a taxa de aquecimento nesse caso, considere que a cada litro de O‚ consumido no processo aeróbico sejam liberados aproximadamente 48 kJ de energia térmica. Em um tanque com 500000 litros de cultura, que pode ser considerado como meio aquoso, são consumidos 8750 litros de O‚ a cada minuto. Se o calor específico da água é 4,2 J/(g °C), calcule a variação da temperatura do meio a cada minuto do processo.
5. (Unesp 2007) Em um dia ensolarado, a potência média de um coletor solar para aquecimento de água é de 3 kW. Considerando a taxa de aquecimento constante e o calor específico da água igual a 4200 J/(kg.°C), o tempo gasto para aquecer 30 kg de água de 25 °C para 60 °C será, em minutos, de
a) 12,5. b) 15. c) 18.
d) 24,5. e) 26.
6. (Ita 2007) Numa cozinha industrial, a água de um caldeirão é aquecida de 10°C a 20°C, sendo misturada, em seguida, à água a 80°C de um segundo caldeirão, resultando 10Ø, de água a 32°C, após a mistura. Considere que haja troca de calor apenas entre as duas porções de água misturadas e que a densidade absoluta da água, de 1 kg/Ø, não varia com a temperatura, sendo, ainda, seu calor específico c = 1,0 cal g-¢°C-¢. A quantidade de calor
recebida pela água do primeiro caldeirão ao ser aquecida até 20°C é de
a) 20 kcal. b) 50 kcal. c) 60 kcal.
d) 80 kcal. e) 120 kcal.
7. (Uerj 2007) Para aquecer o ar no interior de um cômodo que se encontra, inicialmente, a uma temperatura de 10°C, utiliza-se um resistor elétrico cuja potência média consumida é de 2 kW. O cômodo tem altura igual a 2,5m e área do piso igual a 20m£.
Considere que apenas 50% da energia consumida pelo resistor é transferida como calor para o ar.
Determine o tempo necessário para que a temperatura no interior do cômodo seja elevada a 20
°C. Dado que o calor específico do ar = 1,0 × 10¤
J/kgK
8. (Fatec 2007) Em um dia de inverno, a temperatura ambiente está muito baixa. Com a finalidade de aquecer o ar do interior de uma pequena caixa que estava em contato com o ambiente, coloca-se dentro dessa caixa um objeto que está inicialmente a 100 °C.
A tabela a seguir mostra 5 possibilidades para esse objeto:
O objeto mais indicado para tal finalidade é:
a) A. b) B. c) C. d) D. e) E.
9. (Fgv 2007)
Nossa personagem soube por uma amiga que uma nova dieta sugeria que beber meio litro de água fresca (22°C) poderia provocar a queima imediata de 100 calorias. De acordo com nossos conhecimentos de calorimetria, se a perda de calorias fosse devida unicamente ao aquecimento da água pelo corpo, haveria muito mais energia para se "queimar".
Levando-se em conta que a água que tomamos, após o equilíbrio térmico com nosso corpo, atinge a temperatura de 37°C se beber meio litro de água, após a queima imediata das 100 calorias, ainda deveria ocorrer a "queima" adicional, em cal, de Dados:
- calor específico da água: 1,0 cal/(g°C) - densidade da água: 1,0 g/mL
a) 5 700. b) 5 900. c) 6 300.
d) 6 800. e) 7 400.
10. (Pucsp 2007) O gráfico (figura 1) representa um trecho, fora de escala, da curva de aquecimento de 200 g de uma substância, aquecida por uma fonte de fluxo constante e igual a 232 cal/min.
Sabendo que a substância em questão é uma das apresentadas na tabela (figura 2), o intervalo de tempo Ðt é, em minutos, um valor
a) acima de 130. b) entre 100 e 130.
c) entre 70 e 100. d) entre 20 e 70.
e) menor do que 20.
11. (Ufmg 2007) Numa aula de Física, o Professor Carlos Heitor apresenta a seus alunos esta experiência: dois blocos - um de alumínio e outro de ferro -, de mesma massa e, inicialmente, à temperatura ambiente, recebem a mesma quantidade de calor, em determinado processo de aquecimento.
O calor específico do alumínio e o do ferro são, respectivamente, 0,90 J/(g°C) e 0,46 J/(g°C).
Questionados quanto ao que ocorreria em seguida, dois dos alunos, Alexandre e Lorena, fazem, cada um deles, um comentário:
- Alexandre: "Ao final desse processo de aquecimento, os blocos estarão à mesma temperatura."
- Lorena: "Após esse processo de aquecimento, ao se colocarem os dois blocos em contato, fluirá calor do bloco de ferro para o bloco de alumínio."
Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que
a) apenas o comentário de Alexandre está certo.
b) apenas o comentário de Lorena está certo.
c) ambos os comentários estão certos.
d) nenhum dos dois comentários está certo.
12. (Ufrs 2005) 0 gráfico a seguir representa as variações de temperatura ÐT, em função do calor absorvido Q, sofridas por dois corpos, A e B, de massas mÛ e m½ e calores específicos cÛ e c½, respectivamente.
Nesse caso, pode-se afirmar que a razão cÛ/c½ é igual a
a) 4m½/mÛ. b) 2m½/mÛ. c) m½/mÛ.
d) m½/(2mÛ). e) mƒ/(4mÛ).
13. (Fuvest 2007) Dois recipientes iguais A e B, contendo dois líquidos diferentes, inicialmente a 20
°C, são colocados sobre uma placa térmica, da qual recebem aproximadamente a mesma quantidade de calor. Com isso, o líquido em A atinge 40 °C, enquanto o líquido em B, 80 °C. Se os recipientes forem retirados da placa e seus líquidos misturados, a temperatura final da mistura ficará em torno de
a) 45 °C b) 50 °C c) 55 °C d) 60 °C e) 65 °C
14. (Ufg 2007) Uma "bala perdida" disparada com velocidade de 200,0 m/s penetrou na parede ficando nela incrustada. Considere que 50% da energia cinética da bala foi transformada em calor, ficando nela retida. A variação de temperatura da bala, em
°C, imediatamente ao parar, é
(Considere: Calor específico da bala: 250 J / kg °C) a) 10 b) 20 c) 40 d) 80 e) 160
15. (Ufsm 2005) O resfriamento é um importante processo na conservação dos alimentos. Observe, na tabela a seguir, o calor específico de alguns alimentos.
Se, de 100g de cada um desses alimentos, forem retirados 3600J de energia na forma de calor, é possível afirmar:
I. A maior diminuição de temperatura (ÐT) ocorre com o abacate devido a seu maior calor específico.
II. Devido ao seu menor calor específico, a ervilha verde se resfria mais do que a maçã.
III. A diminuição de temperatura da maçã será de, aproximadamente, 10°C.
IV. Todos os alimentos terão a mesma diminuição de temperatura.
Estão corretas
a) apenas I e II. b) apenas I e III.
c) apenas II e IIII. d) apenas II e IV.
e) apenas III e IV.
16. (Ufu 2006) Misturam-se N elementos diferentes dentro de um recipiente de paredes adiabáticas (calorímetro). Supondo que não ocorra nenhuma mudança de fase e, desprezando-se as trocas de calor entre os elementos e as paredes do calorímetro, pode-se determinar a temperatura final do sistema, por meio da relação Q+Q‚+...+QŠ = 0, onde Q = mc (šfinal - šinicial), desde que sejam conhecidos:
I - a temperatura inicial de cada elemento (šinicial).
II - o calor específico de cada elemento (c).
III - a massa de cada elemento (m).
Se, devido a um defeito no calorímetro, houver perda de calor para o meio externo, a soma Q+Q‚+...+QŠ será sempre
a) positiva ou negativa, dependendo da quantidade de calor trocado dentro do calorímetro.
b) positiva.
c) igual a zero.
d) negativa.
17. (Ufu 2006) 240 g de água (calor específico igual a 1 cal/g.°C) são aquecidos pela absorção total de 200 W de potência na forma de calor. Considerando 1 cal = 4 J, o intervalo de tempo necessário para essa quantidade de água variar sua temperatura em 50 °C será de
a) 1 minuto. b) 3 minutos.
c) 2 minutos. d) 4 minutos.
18. (Pucmg 2006) Um aquecedor de imersão (ebulidor) tem uma potência de 2000W. Esse ebulidor é mergulhado em um recipiente que contém 1 litro de água a 20°C. Supondo-se que 70% da potência dissipada pelo ebulidor sejam aproveitados no aquecimento da água, quanto tempo será necessário para que a temperatura da água chegue a 100 °C?
Calor específico da água c = 4,2 J/g°C Densidade da água › = 1000 g/Ø a) 4,0 minutos b) 0,2 horas c) 480 segundos d) 10 minutos
19. (Pucmg 2006) Dois corpos A e B estão, separadamente, em equilíbrio térmico com um corpo C. Sobre a temperatura do corpo A, é CORRETO concluir que ela é:
a) diferente da temperatura de B.
b) diferente da temperatura de C.
c) igual à temperatura de C e diferente da temperatura de B.
d) igual à temperatura de B.
20. (Ufrs 2006) À temperatura ambiente, que volume de ferro apresenta a mesma capacidade térmica de um litro de água?
(Considere que, à temperatura ambiente, a capacidade térmica de um litro de água é 4.200 J/°C, o calor específico do ferro é 0, 5 J/g . °C e a massa específica do ferro é 8 g/cm¤.)
a) 0, 95 Ø. b) 1, 00 Ø. c) 1, 05 Ø.
d) 1, 25 Ø. e) 1, 50 Ø.
21. (Ufpe 2006) Considere que uma pequena boca de fogão a gás fornece tipicamente a potência de 250 cal/s. Supondo que toda a energia térmica fornecida é transmitida a 200 g de água, inicialmente a 30°C, calcule o tempo, em segundos, necessário para que a água comece a ferver. Considere a pressão atmosférica de 1 atm.
22. (Puc-rio 2006) Para descobrir o calor específico por unidade de massa de uma certa substância, misturamos 0,50kg desta substância, a uma temperatura de 80°C, com uma certa massa de água a 20°C. A temperatura final do sistema é de 40°C. O calor especifico da água é 1,0 cal/g°C.
a) Se a massa de água a 20°C utilizada for o dobro, calcule a temperatura final do sistema.
b) Calcule o calor específico, por unidade de massa da substância, se a massa de água utilizada em (a) for de 1,0 kg.
23. (Ufsc 2006) O gráfico a seguir representa a quantidade de calor absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em função de suas temperaturas.
Observe o gráfico e assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
(01) A capacidade térmica do objeto A é maior que a
do objeto B.
(02) A partir do gráfico é possível determinar as capacidades térmicas dos objetos A e B.
(04) Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é maior que o do objeto B.
(08) A variação de temperatura do objeto B, por caloria absorvida, é maior que a variação de temperatura do objeto A, por caloria absorvida.
(16) Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor específico será 0,2 cal/g°C.
24. (Unifesp 2006) Qualquer dos seus leitores que tenha a ventura de residir em meio ao romântico cenário do País de Gales ou da Escócia poderia, não tenho dúvida, confirmar meus experimentos medindo a temperatura no topo e na base de uma cascata. Se minhas observações estão corretas, uma queda de 817 pés deve gerar um grau de calor, e a temperatura do rio Niágara deve subir cerca de um quinto de grau por causa de sua queda de 160 pés.
Esse trecho foi publicado em 1845 por James P.
Joule na seção de cartas da revista inglesa
"Philosophical Magazine" e ilustra os resultados por ele obtidos em suas experiências para a determinação do equivalente mecânico do calor.
Sendo c(água) = 4 200 J/(kg°C) o calor específico da água, adotando g = 10 m/s£, 817pés = 250 m e 160pés = 50 m, pode-se afirmar que, ao se referir a
"um grau de calor" e a "um quinto de grau", Joule está exprimindo valores de temperatura que, em graus Celsius, valem aproximadamente
a) 5,0 e 1,0. b) 1,0 e 0,20.
c) 0,60 e 0,12. d) 0,30 e 0,060.
e) 0,10 e 0,020.
25. (Ufrj 2006) Em um calorímetro ideal, há 98g de água à temperatura de 0°C. Dois cubinhos metálicos são introduzidos no calorímetro. Um deles tem massa 8,0g, calor específico 0,25cal/g°C e está à temperatura de 400°C. O outro tem 10g de massa, calor específico 0,20cal/g°C e está à temperatura de 100°C.
Posteriormente, esse último cubinho é retirado do calorímetro e verifica-se, nesse instante, que sua temperatura é 50°C.
Calcule a temperatura final de equilíbrio da água e do cubinho que permanece no calorímetro.
26. (Fgv 2006) Os trajes de neopreme, um tecido emborrachado e isolante térmico, são utilizados por mergulhadores para que certa quantidade de água seja mantida próxima ao corpo, aprisionada nos espaços vazios no momento em que o mergulhador entra na água. Essa porção de água em contato com o corpo é por ele aquecida, mantendo assim uma temperatura constante e agradável ao mergulhador. Suponha que, ao entrar na água, um traje retenha 2,5 L de água inicialmente a 21°C. A energia envolvida no processo de aquecimento dessa água até 35°C é
Dados:
densidade da água = 1 kg/L
calor específico da água = 1 cal/(g.°C) a) 25,5 kcal. b) 35,0 kcal. c) 40,0 kcal.
d) 50,5 kcal. e) 70,0 kcal.
27. (Ufrrj 2006) Um estudante de Física Experimental fornece calor a um certo corpo, inicialmente à temperatura de 10°C. Ele constrói o gráfico indicado a seguir, onde, no eixo vertical, registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto, no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo.
Consideremos agora um outro corpo, com o dobro da massa do primeiro, feito da mesma substância e também inicialmente a 10°C. Com base no gráfico, podemos dizer que, fornecendo uma quantidade de calor igual a 120 calorias a esse outro corpo, sua temperatura final será de
a) 18°C. b) 20°C. c) 40°C.
d) 30°C. e) 25°C.
8. (Ufg 2006) O cérebro de um homem típico, saudável e em repouso, consome uma potência de aproximadamente 16W. Supondo que a energia gasta pelo cérebro em 1 min fosse completamente usada para aquecer 10 ml de água, a variação de temperatura seria de, aproximadamente,
Densidade da água:
1,0.10¤ kg/m¤
Calor específico da água:
4,2.10¤ J/kg.°C
a) 0,5 °C b) 2 °C c) 11 °C d) 23 °C e) 48 °C
29. (Ufpr 2006) Numa garrafa térmica há 100 g de leite à temperatura de 90°C. Nessa garrafa são adicionados 20 g de café solúvel à temperatura de 20°C. O calor específico do café vale 0,5 cal/(g°C) e o do leite vale 0,6 cal/(g°C). A temperatura final do café com leite é de:
a) 80°C. b) 42°C. c) 50°C.
d) 60°C. e) 67°C.
30. (Ufrn 2005) Professor Jaulito mora à beira de um precipício de 100 m de desnível. Ele resolveu, então, tirar vantagem de tal desnível para tomar água gelada. Para tal, enrolou uma corda na polia do compressor de um pequeno refrigerador, passou-a por uma roldana, amarrou, na outra extremidade da corda, uma pedra de massa 10 kg e jogou-a precipício abaixo, conforme representado na figura.
Com esse experimento, Professor Jaulito consegue resfriar 50 g de água, que estava inicialmente a 25°C, para 5°C.
Suponha-se que
- todo o trabalho realizado pelo peso da pedra na queda é convertido em trabalho no compressor;
- a eficiência do refrigerador é de 40%;
- o calor específico da água é 1 cal/g°C;
- o valor da aceleração da gravidade no local é 10 m/s£;
- todas as forças resistivas são desprezíveis.
As informações e expressões necessárias para os cálculos envolvidos são as seguintes:
- trabalho realizado pela força gravitacional sobre um corpo de massa m : • = mgh, em que g é a aceleração da gravidade e h variação de altura que o corpo sofre;
- quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo de massa m(c) : Q = m(c)cК em que c é seu calor específico e К é a variação de temperatura sofrida pelo corpo;
- eficiência de um refrigerador: e = Q/•
Com base no exposto, atenda às solicitações a seguir.
a) Calcule o trabalho realizado pelo peso da pedra.
b) Calcule a quantidade de calor cedida pelos 50g de água durante a queda da pedra.
c) Calcule o equivalente mecânico do calor que se pode obter a partir dos resultados desse experimento.
31. (Fatec 2005) Na tabela é possível ler os valores do calor específico de cinco substâncias no estado líquido, e no gráfico é representada a curva de aquecimento de 100 g de uma dessas substâncias.
A curva de aquecimento representada é a a) da água. b) do álcool etílico.
c) do ácido acético. d) da acetona.
e) do benzeno.
32. (Ufscar 2005) Para completar a higienização, uma mãe ferve o bico da mamadeira e, depois de retirá-lo da água, aguarda que ela retome a fervura.
Verte, então, 250 mL dessa água dentro do copo da mamadeira, que mantém enrolado em um pano a fim de "conservar o calor". Aguarda o equilíbrio térmico e então joga fora a água.
a) No passado, o copo das mamadeiras era feito de vidro. Em uma seqüência de ações como a descrita para escaldar a mamadeira, ao preencher parcialmente recipientes de vidro com água quente, esses podem se partir em dois pedaços, nitidamente separados na altura em que estava o nível d'água:
um pedaço contendo a água aquecida e o outro seco. Qual o nome do processo físico relacionado?
Explique a razão da ruptura de frascos de vidro submetidos a essas condições.
b) Em determinado dia quente a mãe inicia um dos seus "processos de esterilização". Dentro do copo da mamadeira, que já se encontrava a 32°C - temperatura ambiente - derrama a água fervente que, devido à localização geográfica de seu bairro, ferve a 98°C. Considerando que não houve perda de calor para o meio externo, se após o equilíbrio a água derramada estava a 92°C e sabendo que a densidade da água é 1 g/mL e o calor específico é 1 cal/(g.°C), determine a capacidade térmica do copo da mamadeira.
33. (Puccamp 2005) Uma panela contendo 1 kg de cozido, com vários pertences, é colocada sobre um fogareiro que faz com que temperatura do cozido eleve-se uniformemente de 18°C para 54°C em 5 minutos. Sabe-se que a água tem o maior calor específico dentre os pertences do cozido, c(água) = 1,0 cal/g°C. Supondo que 60% do cozido seja água e desprezando as trocas de calor com o ambiente, analise as afirmações seguintes.
I. A potência do fogareiro é menor do que 120 cal/s.
II. A temperatura da panela com 1 kg de cozido sobe mais rapidamente do que se a panela contivesse apenas 1 kg de água.
III. O cozido absorveu mais de 36 kcal durante essa etapa de aquecimento.
Está correto o que se afirma SOMENTE em
a) I b) II c) III
d) I e II e) I e III
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 3 QUESTÕES.
(Puccamp 2005) Se o convidarem para saborear um belo cozido português, certamente a última coisa que experimentará entre as iguarias do prato será a batata, pois ao ser colocada na boca sempre parecerá mais quente. ... Mas será que ela está sempre mais quente, uma vez que todos os componentes do prato foram cozidos juntos e
saíram ao mesmo tempo da panela? Sabemos que, ao entrarem em contato, objetos com temperaturas diferentes tendem a trocar calor até ficarem com a mesma temperatura. Parece estranho, não? Uma coisa é certa: ao comer o cozido a chance de você queimar a boca com a batata é muito maior do que com o pedaço de carne. Comprove isso no próximo cozido que tiver oportunidade de comer.
(Aníbal Figueiredo. "Física - um outro lado - calor e temperatura." São Paulo. FTD, 1997)
34. A característica da batata a que se refere o texto, de permanecer quente por mais tempo do que os demais pertences do cozido, deve-se ao fato de que, em relação aos demais, a batata tem
a) maior densidade.
b) maior calor específico.
c) menor pressão interna.
d) menor condutividade térmica.
e) menor índice de permeabilidade.
35. Uma batata de 100 g sai direto da geladeira (temperatura interna 6 °C) para dentro da panela com 238 g de água (calor específico 1,0 cal/g. °C) a 50 °C. Depois de algum tempo, quando o equilíbrio térmico é atingido, a temperatura da batata é 40 °C.
Desprezando a troca de calor com o ambiente, pode-se afirmar corretamente que o calor específico da batata é, em cal/g. °C, igual a
a) 0,54 b) 0,65 c) 0,70 d) 0,80 e) 0,85
36. Uma sala tem 6 m de largura, 10 m de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o ar dentro da sala. Considere o calor específico do ar como sendo 30 J/ (mol K) e use R= 8 J/ (mol K).
a) Considerando o ar dentro da sala como um gás ideal à pressão ambiente (P = 10¦ N/m£), quantos moles de gás existem dentro da sala a 27 °C?
b) Qual é a quantidade de calor que o refrigerador deve retirar da massa de ar do item (a) para resfriá- Ia até 17 °C?
37. (Ufpe 2005) Com o objetivo de melhorar de uma contusão, um atleta envolve sua coxa com uma bolsa com 500 g de água gelada a 0 °C. Depois de transcorridos 30 min, a temperatura da bolsa de água atinge 18 °C. Supondo que todo o calor absorvido pela água veio da coxa do atleta, calcule a perda média de calor por unidade de tempo, em cal/s.
a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5
38. (Uff 2005) Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar está esquematizado na figura a seguir. A água flui do reservatório térmico para as tubulações de cobre existentes no interior das placas coletoras e, após captar a energia solar, volta ao reservatório pelo outro trecho do encanamento. A caixa de água fria alimenta o reservatório, mantendo-o sempre cheio.
Suponha que em um determinado instante o reservatório tenha em seu interior 200 litros de água, em equilíbrio térmico.
Dados:
massa específica da água › = 1,0 kg / litro calor específico da água c = 1,0 cal /g °C 1,0 cal = 4,2 J
a) Determine a quantidade de calor absorvida por esse volume de água para que sua temperatura aumente 20° C, supondo que não haja renovação da água do reservatório.
b) Estime o tempo necessário para este aquecimento, em horas. Para isto, considere que a potência solar incidente nas placas coletoras seja de 4,2 kW e que, devido a perdas, apenas 40% dessa potência seja utilizada no aquecimento da água.
39. (Fuvest 2005) Características do botijão de gás:
Gás - GLP
Massa total - 13 kg
Calor de combustão - 40 000 kJ/kg
Um fogão, alimentado por um botijão de gás, com as características descritas anteriormente, tem em uma de suas bocas um recipiente com um litro de água que leva 10 minutos para passar de 20°C a 100°C.
Para estimar o tempo de duração de um botijão, um fator relevante é a massa de gás consumida por hora. Mantida a taxa de geração de calor das condições anteriores, e desconsideradas as perdas
de calor, a massa de gás consumida por hora, em uma boca de gás desse fogão, é aproximadamente a) 8 g b) 12 g c) 48 g
d) 320 g e) 1920 g
40. (Fatec 2005) Uma torneira elétrica tem potência constante de 4,2 × 10¤ W ou 1,0 × 10¤ cal/s. Deseja- se elevar de 10°C a temperatura da água que passa por essa torneira. Considerando-se o calor específico da água 1,0 cal/g°C, a massa de água que deverá passar pela torneira num segundo é, em gramas,
a) 10 b) 100 c) 200 d) 400 e) 800
41. (Unifesp 2004) Dois corpos, A e B, com massas iguais e a temperaturas tÛ = 50 °C e t½ = 10°C, são colocados em contato até atingirem a temperatura de equilíbrio. O calor específico de A é o triplo do de B. Se os dois corpos estão isolados termicamente, a temperatura de equilíbrio é
a) 28°C. b) 30°C. c) 37°C.
d) 40°C. e) 45°C.
42. (Unicamp 2004) Para resfriar um motor de automóvel, faz-se circular água pelo mesmo. A água entra no motor a uma temperatura de 80°C com vazão de 0,4L/s, e sai a uma temperatura de 95°C.
A água quente é resfriada a 80°C no radiador, voltando em seguida para o motor através de um circuito fechado.
a) Qual é a potência térmica absorvida pela água ao passar pelo motor? Considere o calor específico da água igual a 4200J/kg°C e sua densidade igual a 1000kg/m¤.
b) Quando um "aditivo para radiador" é acrescentado à água, o calor específico da solução aumenta para 5250 J/kg°C, sem mudança na sua densidade. Caso essa solução a 80°C fosse injetada no motor em lugar da água, e absorvesse a mesma potência térmica, qual seria a sua temperatura na saída do motor?
43. (Unicamp 2004) As temperaturas nas grandes cidades são mais altas do que nas regiões vizinhas não povoadas, formando "ilhas urbanas de calor".
Uma das causas desse efeito é o calor absorvido pelas superfícies escuras, como as ruas asfaltadas e as coberturas de prédios. A substituição de materiais escuros por materiais alternativos claros reduziria esse efeito. A figura mostra a temperatura do pavimento de dois estacionamentos, um recoberto
com asfalto e o outro com um material alternativo, ao longo de um dia ensolarado.
a) Qual curva corresponde ao asfalto?
b) Qual é a diferença máxima de temperatura entre os dois pavimentos durante o período apresentado?
c) O asfalto aumenta de temperatura entre 8h00 e 13h00. Em um pavimento asfaltado de 10.000 m£ e com uma espessura de 0,1 m, qual a quantidade de calor necessária para aquecer o asfalto nesse período? Despreze as perdas de calor. A densidade do asfalto é 2.300 kg/m¤ e seu calor específico C = 0,75kJ/kg°C.
44. (Unesp 2003) Um cowboy atira contra uma parede de madeira de um bar. A massa da bala de prata é 2 g e a velocidade com que esta bala é disparada é de 200 m/s. É assumido que toda a energia térmica gerada pelo impacto permanece na bala.
a) Determine a energia cinética da bala antes do impacto.
b) Dado o calor específico da prata 234 J/kg°C, qual a variação de temperatura da bala, supondo que toda a energia cinética é transformada em calor no momento que a bala penetra na madeira?
45. (Enem 2003) A eficiência do fogão de cozinha pode ser analisada em relação ao tipo de energia que ele utiliza. O gráfico a seguir mostra a eficiência de diferentes tipos de fogão.
Pode-se verificar que a eficiência dos fogões aumenta
a) à medida que diminui o custo dos combustíveis.
b) à medida que passam a empregar combustíveis renováveis.
c) cerca de duas vezes, quando se substitui fogão a lenha por fogão a gás.
d) cerca de duas vezes, quando se substitui fogão a gás por fogão elétrico.
e) quando são utilizados combustíveis sólidos.
46. (Fuvest 2003) Dois recipientes iguais, A e B, contêm, respectivamente, 2,0 litros e 1,0 litro de água à temperatura de 20°C. Utilizando um aquecedor elétrico, de potência constante, e mantendo-o ligado durante 80s, aquece-se água do recipiente A até a temperatura de 60°C. A seguir, transfere-se 1,0 litro de água de A para B, que passa a conter 2,0 litros de água à temperatura T. Essa mesma situação final, para o recipiente B, poderia ser alcançada colocando-se 2,0 litros de água a 20°C em B e, a seguir, ligando-se o mesmo aquecedor elétrico em B, mantendo-o ligado durante um tempo aproximado de
a) 40s b) 60s c) 80s d) 100s e) 120s
47. (Ufscar 2000) Um dia, o zelador de um clube mediu a temperatura da água da piscina e obteve 20°C, o mesmo valor para qualquer ponto da água da piscina. Depois de alguns dias de muito calor, o zelador refez essa medida e obteve 25°C, também para qualquer ponto do interior da água. Sabendo-se que a piscina contém 200m¤ de água, que a densidade da água é 1,0×10¤kg/m¤ e que o calor específico da água é 4,2×10¤J/kg°C, responda:
a) qual a quantidade de calor absorvida, do ambiente, pela água da piscina?
b) por qual processo (ou processos) o calor foi transferido do ambiente para a água da piscina e da água da superfície para a água do fundo? Explique.
48. (Fuvest 2002) Em um processo industrial, duas esferas de cobre maciças, A e B, com raios RÛ=16cm e R½=8cm, inicialmente à temperatura de 20°C, permaneceram em um forno muito quente durante períodos diferentes. Constatou-se que a esfera A, ao ser retirada, havia atingido a temperatura de 100°C. Tendo ambas recebido a mesma quantidade de calor, a esfera B, ao ser retirada do forno, tinha temperatura aproximada de a) 30°C b) 60°C c) 100°C
d) 180°C e) 660°C
49. (Fuvest 2002) Uma caixa d'água C, com capacidade de 100 litros, é alimentada, através do registro R•, com água fria a 15°C, tendo uma vazão regulada para manter sempre constante o nível de água na caixa. Uma bomba B retira 3Ø/min de água da caixa e os faz passar por um aquecedor elétrico A (inicialmente desligado). Ao ligar-se o aquecedor, a água é fornecida, à razão de 2Ø/min, através do registro R‚, para uso externo, enquanto o restante da água aquecida retorna à caixa para não desperdiçar energia.
No momento em que o aquecedor, que fornece uma potência constante, começa a funcionar, a água, que entra nele a 15°C, sai a 25°C. A partir desse momento, a temperatura da água na caixa passa então a aumentar, estabilizando-se depois de algumas horas. Desprezando perdas térmicas, determine, após o sistema passar a ter temperaturas estáveis na caixa e na saída para o usuário externo:
Dado: 1 cal = 4 J
a) A quantidade de calor Q, em J, fornecida a cada minuto pelo aquecedor.
b) A temperatura final T‚, em °C, da água que sai pelo registro R‚ para uso externo.
c) A temperatura final TÝ, em °C, da água na caixa.
50. (Fuvest 2001) Em uma panela aberta, aquece-se água, observando-se uma variação da temperatura da água com o tempo, como indica o gráfico.
Desprezando-se a evaporação antes da fervura, em quanto tempo, a partir do começo da
ebulição, toda a água terá se esgotado? (Considere que o calor de vaporização da água é cerca de 540cal/g)
a) 18 minutos b) 27 minutos c) 36 minutos d) 45 minutos e) 54 minutos
51. (Fuvest 2001) O processo de pasteurização do leite consiste em aquecê-lo a altas temperaturas, por alguns segundos, e resfriá-lo em seguida. Para isso, o leite percorre um sistema, em fluxo constante, passando por três etapas:
I) O leite entra no sistema (através de A), a 5°C, sendo aquecido (no trocador de calor B) pelo leite que já foi pasteurizado e está saindo do sistema.
II) Em seguida, completa-se o aquecimento do leite, através da resistência R, até que ele atinja 80°C.
Com essa temperatura, o leite retorna a B.
III) Novamente, em B, o leite quente é resfriado pelo leite frio que entra por A, saindo do sistema (através de C), a 20°C.
Em condições de funcionamento estáveis, e supondo que o sistema seja bem isolado termicamente, pode-se afirmar que a temperatura indicada pelo termômetro T, que monitora a temperatura do leite na saída de B, é aproximadamente de
a) 20°C b) 25°C c) 60°C d) 65°C e) 75°C
52. (Unesp 2000) A figura mostra as quantidades de calor Q absorvidas, respectivamente, por dois corpos, A e B, em função de suas temperaturas.
a) Determine a capacidade térmica CÛ do corpo A e a capacidade térmica C½ do corpo B, em J/°C.
b) Sabendo que o calor específico da substância de que é feito o corpo B é duas vezes maior que o da substância de A, determine a razão mÛ/m½ entre as massas de A e B.
53. (Fuvest 2000) Uma experiência é realizada para estimar o calor específico de um bloco de material desconhecido, de massa m½=5,4kg. Em recipiente de isopor, uma quantidade de água é aquecida por uma resistência elétrica R=40², ligada a uma fonte de 120V, conforme a figura. Nessas condições, e
com os devidos cuidados experimentais é medida a variação da temperatura T da água, em função do tempo t, obtendo-se a reta A do gráfico. A seguir, repete-se a experiência desde o início, desta vez colocando o bloco imerso dentro d'água, obtendo-se a reta B do gráfico.
Dado: c = 4 J/g°C, para a água
a) Estime a massa M, em kg, da água colocada no recipiente.
b) Estime o calor específico c½ do bloco, explicitando claramente as unidades utilizadas.
54. (Unicamp 2000) Um escritório tem dimensões iguais a 5m×5m×3m e possui paredes bem isoladas.
Inicialmente a temperatura no interior do escritório é de 25°C. Chegam então as 4 pessoas que nele trabalham, e cada uma liga seu microcomputador.
Tanto uma pessoa como um microcomputador dissipam em média 100W cada na forma de calor. O aparelho de ar condicionado instalado tem a capacidade de diminuir em 5°C a temperatura do escritório em meia hora, com as pessoas presentes e os micros ligados. A eficiência do aparelho é de 50%. Considere o calor específico do ar igual a 1000J/kg°C e sua densidade igual a 1,2kg/m¤.
a) Determine a potência elétrica consumida pelo aparelho de ar condicionado.
b) O aparelho de ar condicionado é acionado automaticamente quando a temperatura do ambiente atinge 27°C, abaixando-a para 25°C.
Quanto tempo depois da chegada das pessoas no escritório o aparelho é acionado?
55. (Unesp 2007) Considere seus conhecimentos
sobre mudanças de fase e analise as afirmações I, II e III, referentes à substância água, um recurso natural de alto valor.
I. Durante a transição de sólido para líquido, a temperatura não muda, embora uma quantidade de calor tenha sido fornecida à água.
II. O calor latente de condensação da água tem um valor diferente do calor latente de vaporização.
III. Em determinadas condições, a água pode coexistir na fase sólida, líquida e gasosa.
Pode-se afirmar que
a) apenas a afirmação I é correta.
b) apenas as afirmações I e II são corretas.
c) apenas as afirmações I e III são corretas.
d) apenas as afirmações II e III são corretas.
e) as afirmações I, II e III são corretas.
56. (Ufg 2007) Um lago tem uma camada superficial de gelo com espessura de 4,0 cm a uma temperatura de -16 °C. Determine em quanto tempo o lago irá descongelar sabendo que a potência média por unidade de área da radiação solar incidente sobre a superfície da Terra é 320 W/m£.
Dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g Densidade do gelo = 1,0 g/cm¤
1,0 cal ¸ 4,0 J
57. (Ufjf 2006) Um bloco de chumbo de 6,68 kg é retirado de um forno a 300°C e colocado sobre um grande bloco de gelo a 0°C. Supondo que não haja perda de calor para o meio externo, qual é a quantidade de gelo que deve ser fundida?
Dados: calor específico do gelo a 0°C = 2100 J/(kg.K)
calor latente de fusão do gelo = 334 x 10¤ J/kg calor específico do chumbo = 230 J/(kg.K)
calor latente de fusão do chumbo = 24,5 x 10¤ J/kg temperatura de fusão do chumbo = 327°C
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS QUESTÕES.
(Pucsp 2006) Em 1883, um vapor inglês de nome Tramandataí naufragou no rio Tietê encontrando-se, hoje, a 22 metros de profundidade em relação à superfície. O vapor gerado pela queima de lenha na caldeira fazia girar pesadas rodas laterais, feitas de ferro, que, ao empurrarem a água do rio,
movimentavam o barco.
60. Considere que na caldeira do Tramandataí sejam aquecidos 5000 litros de água inicialmente a 20°C. Para que metade dessa água seja transformada em vapor d'água, são necessários, em 10ª joules,
Considere:
- c = 1 cal/g°C - dágua = 1 kg/L
- LVaporização da água = 540 cal/g - 1 cal = 4 J
- não haja perdas de calor
a) 5,4 b) 6,2 c) 7,0 d) 7,5 e) 8,0
61. (Ufu 2006) Na aula de Física, o professor entrega aos estudantes um gráfico da variação da temperatura (em °C) em função do calor fornecido (em calorias). Esse gráfico, apresentado a seguir, é referente a um experimento em que foram aquecidos 100 g de gelo, inicialmente a -20°C, sob pressão atmosférica constante.
Em seguida, o professor solicita que os alunos respondam algumas questões. Auxilie o professor na elaboração do gabarito correto, calculando, a partir das informações dadas,
a) o calor específico do gelo;
b) o calor latente de fusão do gelo;
c) a capacidade térmica da quantidade de água resultante da fusão do gelo.
62. (Ufpel 2006) Com base em seus conhecimentos sobre Termodinâmica, assinale a alternativa correta.
a) Duas substâncias A e B, de massas iguais, recebem a mesma quantidade de calor, portanto
sofrem a mesma variação de temperatura.
b) Em um mesmo banho-maria, aquecem-se duas barras metálicas quaisquer simultaneamente. A dilatação térmica maior ocorrerá na barra mais longa.
c) O coeficiente de dilatação aparente de um líquido é sempre maior que o coeficiente de dilatação real do líquido.
d) Se a relação entre os coeficientes de dilatação linear de dois metais é igual a 2, a relação entre os respectivos coeficientes de dilatação cúbica se mantém.
e) Nas substâncias que diminuem de volume quando passam do estado líquido para o estado sólido, um aumento de pressão faz baixar o ponto de fusão.
63. (Ueg 2006) Fraturas hidrotérmicas estão se abrindo no fundo do mar através das quais água muito quente é descarregada nos oceanos. A água que emerge dessas fraturas a uma profundidade de 2400 m possui uma temperatura de 552 K. Apesar dessa temperatura, a água não entra em ebulição por causa
a) da baixa temperatura das águas profundas dos oceanos.
b) da alta pressão no fundo do oceano.
c) do pequeno volume de água quente.
d) da transferência isotérmica de calor.
64. (Pucmg 2006) Na questão a seguir assinale a afirmativa INCORRETA.
a) Todos os materiais expandem-se quando aquecidos.
b) A temperatura de fusão de uma substância depende da pressão.
c) Durante uma mudança de fase, a temperatura permanece constante.
d) A temperatura em que a água ferve depende da pressão.
TEXTO PARA AS PRÓXIMA QUESTÕES.
(Ufsm 2006) A história da maioria dos municípios gaúchos coincide com a chegada dos primeiros portugueses, alemães, italianos e de outros povos.
No entanto, através dos vestígios materiais encontrados nas pesquisas arqueológicas, sabemos que outros povos, anteriores aos citados, protagonizaram a nossa história.
Diante da relevância do contexto e da vontade de valorizar o nosso povo nativo, "o índio",
foi selecionada a área temática CULTURA e as questões foram construídas com base na obra "Os Primeiros Habitantes do Rio Grande do Sul"
(Custódio, L. A. B., organizador. Santa Cruz do Sul:
EDUNISC; IPHAN, 2004).
"Com a chegada dos jesuítas, a cultura do Sul se ampliou por meio das contribuições trazidas da Europa."
65. Os índios missioneiros utilizaram tecnologias trazidas pelos jesuítas, entre elas, a fundição de metais para construção de ferramentas agrícolas, armas e utensílios em geral. Para construir um sino de ferro, foram fundidos 10 kg do metal que se encontrava inicialmente na temperatura ambiente de 16 °C. Se a temperatura de fusão do ferro é 1536
°C, o calor específico é igual a 0,11 × 10¤ cal/kg°C, e o calor latente de fusão do ferro é igual a 65 × 10¤
cal/kg, a quantidade de energia na forma de calor utilizada, em quilocalorias (kcal), é de
a) 650. b) 1672. c) 2322.
d) 4000. e) 6500.
67. (Pucsp 2006) Um bloco de chumbo de massa 1,0 kg, inicialmente a 227°C, é colocado em contato com uma fonte térmica de potência constante. O gráfico mostra como varia a quantidade de calor absorvida pelo bloco em função do tempo.
Considere para o chumbo:
- calor latente de fusão: 6,0 cal/g - temperatura de fusão: 327°C
- calor específico no estado sólido c = 0,03 cal/g C O bloco de chumbo é aquecido até que ocorra sua fusão completa. O gráfico da temperatura em função do tempo, que descreve o processo sofrido pelo chumbo é
68. (Unesp 2006) Um aquecedor elétrico fechado contém inicialmente 1kg de água a temperatura de 25°C e é capaz de fornecer 300 cal a cada segundo.
Desconsiderando perdas de calor, e adotando 1 cal/(g°C) para o calor específico da água e 540 cal/g para o calor latente, calcule
a) o tempo necessário para aquecer a água até o momento em que ela começa a evaporar.
b) a massa do vapor formado, decorridos 520 s a partir do instante em que o aquecedor foi ligado.
69. (Fatec 2006) O gráfico a seguir é a curva de aquecimento de 10g de uma substância, à pressão de 1 atm.
Analise as seguintes afirmações :
I. a substância em questão é a água.
II. o ponto de ebulição desta substância é 80°C.
III. o calor latente de fusão desta substância é 20cal/g .
Das afirmações apresentadas, a) todas estão corretas.
b) todas estão erradas.
c) somente I e II estão corretas.
d) somente II e III estão corretas.
e) somente I está correta
70. (Uerj 2006) Algumas máquinas do navio operam utilizando vapor d'água a temperatura de 300°C.
Esse vapor é produzido por uma caldeira alimentada com óleo combustível, que recebe água a temperatura de 25°C. O gráfico a seguir mostra o comportamento do calor específico c do vapor d'água em função da temperatura š.
a) Considerando as condições descritas, calcule a quantidade de calor necessária para transformar 1,0
× 10¦ g de água a 25°C em vapor a 300°C.
b) Admita que:
- a queima de 1 grama do óleo utilizado libera 10.000 cal;
- a caldeira, em 1 hora, queima 4.320 g de óleo e seu rendimento é de 70%.
Determine a potência útil dessa caldeira.
71. (Ita 2006) Um bloco de gelo com 725 g de massa é colocado num calorímetro contendo 2,50 kg de água a uma temperatura de 5,0°C, verificando-se um aumento de 64 g na massa desse bloco, uma vez alcançado o equilíbrio térmico. Considere o calor específico da água (c = 1,0 cal/g°C) o dobro do calor específico do gelo, e o calor latente de fusão do gelo de 80 cal/g. Desconsiderando a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior, assinale a temperatura inicial do gelo.
a) -191,4°C b) -48,6°C c) -34,5°C d) -24,3°C e) -14,1°C
72. (Pucpr 2005) Quando o gelo se derrete, verifica- se, experimentalmente, que ele deve receber, por grama, 80 calorias, mantendo-se a temperatura constante em 0°C.
A quantidade de calor, em caloria, para derreter 100 g de gelo é de:
a) 800 cal b) 1000 cal c) 100 cal d) 80 cal e) 8000 cal
73. (Uel 2005) Nas condições usualmente encontradas no ambiente em que vivemos, a matéria assume três estados: sólido, líquido e gasoso. A água, por exemplo, pode ser encontrada em qualquer desses estados de acordo com a pressão e temperatura do ambiente. Nosso domínio sobre o ambiente decorre, entre outras coisas, do
fato de que sabemos controlar as mudanças entre esses estados. De maneira geral, fusão é a transformação que leva uma substância do estado sólido para o estado líquido. Vaporização é a transformação que leva uma substância do estado líquido para o estado gasoso. Sublimação é a transformação que leva uma substância diretamente do estado sólido para o estado gasoso. O diagrama de fases reune em um diagrama de pressão x temperatura, as curvas de fusão, de vaporização e de sublimação de uma dada substância, conforme a figura a seguir. Com base no diagrama e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:
a) Na região I, a substância está no estado gasoso.
Na região II, a substância está no estado líquido. Na região III, a substância está no estado sólido. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e sólido.
b) Na região I, a substância está no estado líquido.
Na região II, a substância está no estado gasoso. Na região III a substância está no estado sólido. No ponto 1 a substância está num estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 2 a substância está num estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 3 a substância está num estado de coexistência de estados sólido e gasoso.
c) Na região I a substância está no estado gasoso.
Na região II a substância está no estado sólido. Na região III, a substância está no estado líquido. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e sólido.
d) Na região I, a substância está no estado sólido.
Na região II, a substância está no estado líquido. Na região III, a substância está no estado gasoso. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso.
e) Na região I, a substância está no estado líquido.
Na região II, a substância está no estado sólido. Na região III, a substância está no estado gasoso. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso.
74. (Uel 2005) Normalmente, os materiais dilatam-se com o aumento da temperatura, inclusive os líquidos. A água, contudo, apresenta um comportamento anômalo, sofre contração de seu volume quando sua temperatura aumenta no intervalo de 0°C a 4°C, voltando a expandir-se para temperaturas maiores de 4°C. Assim, o volume mínimo de uma certa quantidade de água ocorre à temperatura de 4°C. A massa específica da água a 4°C é › = 1 g/cm¤, a 0°C é › = 0,99985 g/cm¤ e a 10°C é › = 0,9997 g/cm¤. Devido a esta propriedade, nas regiões de clima frio, apenas as superfícies de lagos se congelam no inverno, formando uma capa protetora e isolante que conserva a água, sob ela, no estado líquido, a 4°C, a grandes profundidades. Isto permite a sobrevivência da flora e da fauna destas regiões. Assinale a alternativa que explica corretamente o fato de somente a superfície dos lagos se congelar a temperaturas ambientes inferiores a 0°C.
a) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão atmosférica é constante, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura debaixo da camada de gelo deve ser maior que 0°C. A grandes profundidades, devido ao isolamento da camada superficial de gelo, a água tende à temperatura de equilíbrio, ou seja, 4°C.
b) Quando a temperatura ambiente diminui até 0°C, toda a água do lago também atinge a temperatura de 0°C, uniformemente. Começa-se a formar uma camada de gelo na superfície, que devido ao calor latente de solidificação da água, aquece a água debaixo da camada de gelo. Este processo entra em equilíbrio térmico quando o calor latente, fornecido pela camada de gelo que se formou, aquece a água debaixo desta à temperatura de equilíbrio de 4°C.
c) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão a grandes profundidades aumenta, devido à camada de gelo que se formou, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura também aumenta. O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
d) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago diminuir. Como a pressão a grandes profundidades diminui, devido à camada de gelo que se formou, vemos da equação de Clapeyron que a temperatura também aumenta.
O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
e) Quando a temperatura ambiente cai abaixo de 4°C, a água a 4°C é mais densa e se acumula no fundo do lago. Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, a água da superfície congela-se e flutua, isolando a água ainda no estado líquido, com temperatura acima da temperatura da superfície do lago.
75. (Unesp 2005) Uma quantidade de 1,5 kg de certa substância encontra-se inicialmente na fase sólida, à temperatura de -20°C. Em um processo a pressão constante de 1,0 atm, ela é levada à fase líquida a 86°C. A potência necessária nessa transformação foi de 1,5 kJ/s. O gráfico na figura mostra a temperatura de cada etapa em função do tempo.
Calcule
a) o calor latente de fusão L(f).
b) o calor necessário para elevar a temperatura de 1,5kg dessa substância de 0 a 86°C.
76. (Unesp 2005) Nos quadrinhos da tira, a mãe menciona as fases da água conforme a mudança das estações.
Entendendo "boneco de neve" como sendo "boneco de gelo" e que com o termo "evaporou" a mãe se refira à transição água ë vapor, pode-se supor que ela imaginou a seqüência gelo ë água ë vapor ë água.
As mudanças de estado que ocorrem nessa seqüência são
a) fusão, sublimação e condensação.
b) fusão, vaporização e condensação.
c) sublimação, vaporização e condensação.
d) condensação, vaporização e fusão.
e) fusão, vaporização e sublimação.
77. (Fgv 2005) Um suco de laranja foi preparado em uma jarra, adicionando-se a 250 mL de suco de laranja a 20°C, 50 g de gelo fundente. Estabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura do suco gelado era, em °C, aproximadamente,
Dados:
calor específico da água = 1 cal/g°C
calor específico do suco de laranja = 1 cal/g°C densidade do suco de laranja = 1 × 10¤ g/L calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g a) 0,5. b) 1,2. c) 1,7.
d) 2,4. e) 3,3.
78. (Puccamp 2005) O diagrama de estado físico para certa substância está representado a seguir.
A mudança de estado físico denominada sublimação pode ocorrer
a) somente no ponto H.
b) somente no ponto T.
c) em pontos da curva HT.
d) em pontos da curva TR.
e) em pontos da curva TS.
79. (Ufg 2005) Um bloco de gelo de massa 50 g, contendo no seu centro uma pequena esfera de volume 1 cm¤ e densidade 5 g/cm¤, flutua na superfície da água a 0 °C contida em um calorímetro. Através de uma resistência elétrica no interior do sistema, um fluxo constante de calor de 40 cal/s é transferido para o gelo. Supondo que o gelo derreta-se por igual em todas as superfícies, por quanto tempo ele permanecerá flutuando?
Dados:
Densidade do gelo = 0,9 g/cm¤
Densidade da água = 1,0 g/cm¤
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
80. (Ufg 2005) Um recipiente de material termicamente isolante contém 300 g de chumbo derretido à sua temperatura de fusão de 327 °C.
Quantos gramas de água fervente devem ser despejados sobre o chumbo para que, ao final do processo, toda a água tenha se evaporado e o metal solidificado encontre-se a 100 °C? Suponha que a troca de calor dê-se exclusivamente entre a água e
o chumbo.
Dados:
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g Calor latente de fusão do chumbo = 5,5 cal/g Calor específico do chumbo = 0,03 cal/g °C
a) 3,0 g b) 3,4 g c) 5,5 g d) 6,2 g e) 6,8 g
81. (Uerj 2005) O supermercado necessita diariamente de gelo em escamas. A potência P dissipada pela máquina empregada para fabricá-lo é de 360 cal/s.
Sabendo que a temperatura da água ao entrar na máquina é de 20°C, determine:
a) o calor liberado por 150 kg de água ao ser transformada integralmente em gelo a - 3°C;
b) a energia dissipada pela máquina, em joules, em 5 h de funcionamento.
82. (Uerj 2005) Quatro esferas metálicas e maciças, E, E‚, Eƒ e E„, todas com a mesma massa, são colocadas simultaneamente no interior de um recipiente contendo água em ebulição.
A tabela a seguir indica o calor específico e a massa específica do metal que constitui cada esfera.
Atingido o equilíbrio térmico, essas esferas são retiradas da água e colocadas imediatamente na superfície de um grande bloco de gelo que se encontra na temperatura de fusão.
A esfera que fundiu a maior quantidade de gelo e a esfera que produziu a cavidade de menor diâmetro no bloco de gelo são, respectivamente:
a) Eƒ ; E„ b) E‚ ; E„ c) E ; Eƒ d) E ; E‚
83. (Unifesp 2004) Atualmente, o laser de CO‚ tem sido muito aplicado em microcirurgias, onde o feixe
luminoso é utilizado no lugar do bisturi de lâmina. O corte com o laser é efetuado porque o feixe provoca um rápido aquecimento e evaporação do tecido, que é constituído principalmente de água. Considere um corte de 2,0 cm de comprimento, 3,0 mm de profundidade e 0,5 mm de largura, que é aproximadamente o diâmetro do feixe. Sabendo que a massa específica da água é 10¤ kg/m¤, o calor específico é 4,2.10¤ J/kg.K e o calor latente de evaporação é 2,3.10§ J/kg,
a) estime a quantidade de energia total consumida para fazer essa incisão, considerando que, no processo, a temperatura do tecido se eleva 63°C e que este é constituído exclusivamente de água.
b) Se o corte é efetuado a uma velocidade de 3,0 cm/s, determine a potência do feixe, considerando que toda a energia fornecida foi gasta na incisão.
84. (Unifesp 2004) Em dias muito quentes e secos, como os do último verão europeu, quando as temperaturas atingiram a marca de 40°C, nosso corpo utiliza-se da transpiração para transferir para o meio ambiente a energia excedente em nosso corpo. Através desse mecanismo, a temperatura de nosso corpo é regulada e mantida em torno de 37°C.
No processo de transpiração, a água das gotas de suor sofre uma mudança de fase a temperatura constante, na qual passa lentamente da fase líquida para a gasosa, consumindo energia, que é cedida pelo nosso corpo. Se, nesse processo, uma pessoa perde energia a uma razão de 113 J/s, e se o calor latente de vaporização da água é de 2,26 x 10¤ J/g, a quantidade de água perdida na transpiração pelo corpo dessa pessoa, em 1 hora, é de
a) 159 g. b) 165 g. c) 180 g.
d) 200 g. e) 225 g.
85. (Unesp 2004) Duas peças metálicas de massas iguais, uma de ferro e a outra de chumbo, inicialmente a 100°C, são colocadas em contacto térmico com um grande bloco de gelo a 0°C. Após o equilíbrio térmico das peças com o gelo, o calor fornecido pela peça de ferro deixa m(F) gramas de gelo fundido, enquanto que o calor fornecido pela peça de chumbo deixa m(C) gramas de gelo fundido. O calor específico do ferro vale aproximadamente 0,45 J/g.°C e o do chumbo, 0,15 J/g.°C.
a) Qual o valor da razão m(F)/m(C)?
b) Sabendo que m(F) = 90 g e que o calor latente de fusão do gelo vale 320 J/g, qual o valor da massa M
de cada peça metálica?
86. (Unesp 2004) Um recipiente de capacidade térmica desprezível e isolado termicamente contém 25 kg de água à temperatura de 30°C.
a) Determine a massa de água a 65°C que se deve despejar no recipiente para se obter uma mistura em equilíbrio térmico à temperatura de 40°C.
b) Se, em vez de 40°C, quiséssemos uma temperatura final de 20°C, qual seria a massa de gelo a 0°C que deveríamos juntar aos 25 kg de água a 30°C?
Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g.°C e o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g.
87. (Unesp 2004) A figura mostra os gráficos das temperaturas em função do tempo de aquecimento, em dois experimentos separados, de dois sólidos, A e B, de massas iguais, que se liquefazem durante o processo. A taxa com que o calor é transferido no aquecimento é constante e igual nos dois casos.
Se TÛ e T½ forem as temperaturas de fusão e LÛ e L½ os calores latentes de fusão de A e B, respectivamente, então
a) TÛ > T½ e LÛ > L½. b) TÛ > T½ e LÛ = L½.
c) TÛ > T½ e LÛ < L½. d) TÛ < T½ e LÛ > L½.
e) TÛ < T½ e LÛ = L½.
88. (Fuvest 2004)
Um recipiente de isopor, que é um bom isolante térmico, tem em seu interior água e gelo em equilíbrio térmico. Num dia quente, a passagem de calor por suas paredes pode ser estimada, medindo- se a massa de gelo Q presente no interior do isopor, ao longo de algumas horas, como representado no gráfico. Esses dados permitem estimar a transferência de calor pelo isopor, como sendo, aproximadamente, de
Calor latente de fusão do gelo ¸ 320 kJ/kg a) 0,5 kJ/h b) 5 kJ/h c) 120 kJ/h d) 160 kJ/h e) 320 kJ/h
89. (Unifesp 2003) Sobrefusão é o fenômeno em que um líquido permanece nesse estado a uma temperatura inferior à de solidificação, para a correspondente pressão. Esse fenômeno pode ocorrer quando um líquido cede calor lentamente, sem que sofra agitação. Agitado, parte do líquido solidifica, liberando calor para o restante, até que o equilíbrio térmico seja atingido à temperatura de solidificação para a respectiva pressão. Considere uma massa de 100 g de água em sobrefusão a temperatura de -10°C e pressão de 1 atm, o calor específico da água de 1 cal/g°C e o calor latente de solidificação da água de -80 cal/g. A massa de água que sofrerá solidificação se o líquido for agitado será a) 8,7 g. b) 10,0 g. c) 12,5 g.
d) 50,0 g. e) 60,3 g.
90. (Unesp 2002) Uma garrafa térmica contém inicialmente 450g de água a 30°C e 100g de gelo na temperatura de fusão, a 0°C. Considere o calor específico da água igual a 4,0J/(g°C) e o calor latente de fusão do gelo igual a 320J/g.
a) Qual será a quantidade de calor necessária para fundir o gelo dentro da garrafa?
b) Supondo ideal o isolamento térmico da garrafa e desprezando a capacidade térmica de suas paredes internas, qual será a temperatura final da água contida no seu interior, quando o equilíbrio térmico for atingido?
91. (Unifesp 2002) Os líquidos podem transformar- se em vapor por evaporação ou ebulição. Enquanto a evaporação é um fenômeno espontâneo, restrito à superfície do líquido e que pode ocorrer a temperatura e pressão ambientes, a ebulição ocorre em todo o líquido, sob condições de pressão e
temperatura determinadas para cada líquido. Mas ambas as transformações, para se efetivarem, exigem o consumo da mesma quantidade de calor por unidade de massa transformada.
a) Quando as roupas são estendidas nos varais, ou a água no piso molhado de um ambiente é puxada pelo rodo, tem-se por objetivo apressar a secagem - transformação da água em vapor - dessas roupas ou do piso. Qual a causa comum que se busca favorecer nesses procedimentos? Justifique.
b) Avalia-se que a área da superfície da pele de uma pessoa adulta seja, em média, da ordem de 1,0m£.
Suponha que, ao sair de uma piscina, uma pessoa retenha junto à pele uma camada de água de espessura média 0,50mm. Qual a quantidade de calor que essa camada de água consome para evaporar? Que relação tem esse cálculo com a sensação de frio que sentimos quando estamos molhados, mesmo em dias quentes? Justifique.
Dados: densidade da água = 1000kg/m¤;
calor latente de vaporização da água = 2300kJ/kg.
92. (Ufscar 2002) Um exercício sobre trocas de calor propunha que 235 g de água, a temperatura de 25°C e a pressão de 1 atm, fossem misturadas a 63 g de gelo, à temperatura de -18°C, num calorímetro ideal mantido sob agitação. Para resolvê-lo, um estudante testou as cinco hipóteses seguintes:
onde:
m = massa que sofre mudança de fase e t = temperatura de equilíbrio.
a) Considerando que os cálculos realizados pelo estudante estejam corretos, justifique qual das hipóteses acima fornece um resultado possível de ocorrer experimentalmente, nas condições propostas pelo exercício.
b) Sabendo-se que a temperatura de fusão do gelo é inversamente proporcional à pressão, explique o que ocorreria com a temperatura de equilíbrio e com a massa da substância que sofre mudança de fase, se a pressão no calorímetro fosse superior a 1 atm.
Suponha que os valores dos calores específicos e dos calores latentes específicos não dependam da pressão e da temperatura.
93. (Unesp 2001) O gálio é um metal cujo ponto de fusão é 30°C, à pressão normal; por isso, ele pode liquefazer-se inteiramente quando colocado na palma da mão de uma pessoa. Sabe-se que o calor específico e o calor latente de fusão do gálio são, respectivamente, 410J/(kg.°C) e 80000J/kg.
a) Qual a quantidade de calor que um fragmento de gálio de massa 25g, inicialmente a 10°C, absorve para fundir-se integralmente quando colocado na mão de uma pessoa?
b) Construa o gráfico t(°C)×Q(J) que representa esse processo, supondo que ele comece a 10°C e termine quando o fragmento de gálio se funde integralmente.
94. (Unesp 2001) Uma estudante põe 1,0L de água num recipiente graduado, a temperatura ambiente de 20°C, e o coloca para ferver num fogão de potência constante. Quando retira o recipiente do fogão, a água pára de ferver e a estudante nota que restaram 0,80L de água no recipiente.
Despreze o calor absorvido pelo recipiente, a sua dilatação e a dilatação da água.
a) Faça o esboço do gráfico t(°C)×Q(J) que representa esse aquecimento, onde t(°C) é a temperatura da água contida no recipiente e Q(J) é a quantidade de calor absorvida pela água. Coloque, pelo menos, os pontos correspondentes à temperatura inicial, à temperatura e quantidade de calor absorvida no início da ebulição e à temperatura e quantidade de calor quando a água é retirada do fogo.
b) Suponha que toda a água que falta tenha sido vaporizada. Qual a energia desperdiçada nesse processo? Justifique.
São dados:
Calor específico da água = 4200 J/(kg.°C).
Calor latente de vaporização da água:
Lv=2300000J/kg.
Densidade (massa específica) da água=1000kg/m¤.
1m¤ = 1000 L.
Temperatura de ebulição da água na região=100°C.
95. (Fuvest 2000) Em um copo grande, termicamente isolado, contendo água à temperatura ambiente (25°C), são colocados 2 cubos de gelo a 0°C. A temperatura da água passa a ser, aproximadamente, de 1°C. Nas mesmas condições se, em vez de 2, fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilíbrio, haveria no copo
a) apenas água acima de 0°C b) apenas água a 0°C
c) gelo a 0°C e água acima de 0°C d) gelo e água a 0°C
e) apenas gelo a 0°C
96. (Ufpr 2007) Com relação aos processos de transferência de calor, considere as seguintes afirmativas:
1. A condução e a convecção são processos que dependem das propriedades do meio material no qual ocorrem.
2. A convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre somente em metais.
3. O processo de radiação está relacionado com a propagação de ondas eletromagnéticas.
Assinale a alternativa correta.
a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira.
c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira.
d) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.
e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras.
97. (Ufjf 2006) Há pessoas que preferem um copo de cerveja com colarinho e outras sem o colarinho.
O colarinho é espuma que contém ar em seu interior. Considere que a cerveja seja colocada num copo com isolamento térmico. Do ponto de vista físico, a função do colarinho pode ser:
a) apenas estética.
b) a de facilitar a troca de calor com o meio.
c) a de atuar como um condutor térmico.
d) a de atuar como um isolante térmico.
e) nenhuma.
98. (Ufms 2006) Em uma sauna, ligada há muito tempo de forma que a temperatura permaneça constante, uma pessoa sente queimar a pele
