Exercícios sobre calorimetria Exercícios
1.
As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?
a) Alto calor específico.
b) Alto calor latente de fusão.
c) Baixa condutividade térmica.
d) Baixa temperatura de ebulição.
e) Alto coeficiente de dilatação térmica.
2.
Churros é uma composição que normalmente consiste em um tubo de massa de farinha de trigo recheado com um doce. Suponha que a mãe prepara para a filha, no forno, churros com recheio de doce de leite. O churros é servido no prato e a menina consegue pegar a parte da massa com a mão, mas ao abocanhar o churros, afasta-o rapidamente da boca porque sente que o recheio de doce de leite está bem mais quente que a massa. Assumindo que no instante da retirada de dentro do forno todas as partes do churros estavam na mesma temperatura, que a parte do doce de leite e a parte da massa possuem a mesma quantidade de gramas, e que houve fluxo de calor para fora do churros desse instante até o momento que a menina é servida, a diferença de temperatura entre a massa e o recheio, quando a menina mordeu, ocorreu porque oa) calor específico do doce de leite é maior do que o calor específico da massa.
b) calor latente de sublimação do doce de leite é maior do que o calor latente de sublimação da massa.
c) coeficiente de dilatação térmica da massa é maior do que o coeficiente de dilatação térmica do doce de leite.
d) calor latente de sublimação do doce de leite é menor do que o calor latente de sublimação da massa.
e) o coeficiente de dilatação térmica do doce de leite é maior do que o coeficiente de dilatação térmica da massa.
3.
(Enem 2020) Um fabricante de termômetros orienta em seu manual de instruções que o instrumento deve ficar três minutos em contato com o corpo para aferir a temperatura. Esses termômetros são feitos com o bulbo preenchido com mercúrio conectado a um tubo capilar de vidro.De acordo com a termodinâmica, esse procedimento se justifica, pois é necessário que a) o termômetro e o corpo tenham a mesma energia interna.
b) a temperatura do corpo passe para o termômetro.
c) o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido.
d) a quantidade de calor dos corpos seja a mesma.
e) o calor do termômetro passe para o corpo.
4.
(Enem 2021) A fritura de alimentos é um processo térmico que ocorre a temperaturas altas, aproximadamente a 170 °C. Nessa condição, alimentos ricos em carboidratos e proteínas sofrem uma rápida desidratação em sua superfície, tornando-a crocante. Uma pessoa quer fritar todas as unidades de frango empanado congelado de uma caixa. Para tanto, ela adiciona todo o conteúdo de uma vez em uma panela com óleo vegetal a 170 °C, cujo volume é suficiente para cobrir todas as unidades. Mas, para sua frustração, ao final do processo elas se mostram encharcadas de óleo e sem crocância.As unidades ficaram fora da aparência desejada em razão da a) evaporação parcial do óleo.
b) diminuição da temperatura do óleo.
c) desidratação excessiva das unidades.
d) barreira térmica causada pelo empanamento.
e) ausência de proteínas e carboidratos nas unidades.
5.
(Enem 2013) É comum nos referirmos a dias quentes como dias “de calor”. Muitas vezes ouvimos expressões como “hoje está calor” ou “hoje o calor está muito forte” quando a temperatura ambiente está alta.No contexto científico, é correto o significado de “calor” usado nessas expressões?
a) Sim, pois o calor de um corpo depende de sua temperatura.
b) Sim, pois calor é sinônimo de alta temperatura.
c) Não, pois calor é energia térmica em trânsito.
d) Não, pois calor é a quantidade de energia térmica contida em um corpo.
e) Não, pois o calor é diretamente proporcional à temperatura, mas são conceitos diferentes.
6.
Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/g °C, do leite vale 0,9 cal/g °C, do adoçante vale 2 cal/g °C e que a capacidade térmica da xícara é desprezível.Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre
a) 75,0 e 85,0.
b) 65,0 e 74,9.
c) 55,0 e 64,9.
d) 45,0 e 54,9.
e) 35,0 e 44,9.
7.
Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem?
a) Convecção e condução.
b) Convecção e irradiação.
c) Condução e convecção.
d) Irradiação e convecção.
e) Irradiação e condução.
8.
Uma quantidade m do material A, de calor específico desconhecido, foi posta em contato térmico com igual quantidade m do material B, cujo calor específico é cB = 0,22 cal/g °C. Os materiais em contato foram isolados termicamente da vizinhança, e a temperatura de cada um foi medida ao longo do tempo até o equilíbrio térmico entre eles ser atingido. A figura mostra os gráficos de temperatura versus tempo, resultantes dessas medidas.O calor específico cA do material A vale:
a) 0,44 cal/g °C;
b) 0,33 cal/g °C;
c) 0,22 cal/g °C;
d) 0,11 cal/g °C;
e) 0,06 cal/g °C.
9.
(Enem 2021) Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26 °C a 28 °C), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4,0 kJ kg-1 K-1 e a densidade 1 kg L-1.Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?
a) 4,0 ºC b) 3,6 ºC c) 0,9 ºC d) 0,6 ºC
10.
Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada de incandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia. Sabe-se que, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de 1 cal/g °C e o da areia é 0,2 cal/g °C. Durante 1 hora, a água e a areia receberam a mesma quantidade de energia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se que a água variou sua temperatura em 8 °C e a areia em 30 °C. Podemos afirmar que a água e a areia, durante essa hora, perderam, respectivamente, a quantidade de energia para o meio, em kJ, igual aa) 0,4 e 3,0.
b) 2,4 e 3,6.
c) 0,4 e 1,2.
d) 1,2 e 0,4.
e) 3,6 e 2,4.
Gabaritos
1. A
Da expressão:
𝑄 = 𝑚𝑐∆𝜃 → ∆𝜃 = 𝑄 𝑚𝑐
O fluido arrefecedor deve receber calor e não sofrer superaquecimento. Então o fluido deve ter alto calor específico.
2. A
O calor específico do recheio é maior do que o da massa, variando menos rapidamente sua temperatura.
3. C
De acordo com a termodinâmica, quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato, ocorre a transferência de calor do corpo com maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Esse processo, até que se atinja o equilíbrio térmico, demora certo tempo para ocorrer.
Nesse sentido, é necessário que se aguarde os três minutos de contato do termômetro com o corpo para que se garanta que o processo de transferência de calor já tenha atingido o equilíbrio e se possa aferir corretamente a temperatura corporal.
4. B
A calorimetria acaba desenvolvendo e dialogando com vários assuntos como:
• Calor sensível: Que é a energia térmica transferida gerando uma variação de temperatura;
• Calor: É a forma de energia em trânsito que só existe de fato quando dois corpos em diferentes temperaturas acabam interagindo.
• Calor Latente: Sendo a energia térmica que é responsável pelas mudanças do estado físico;
• Capacidade Térmica: Que é a quantidade de calor que um corpo precisa de fato receber ou ceder para que sua temperatura acabe variando uma quantidade.
• Calor específico: Quantidade de calor que cada unidade de massa do corpo precisa ceder ou receber para que sua temperatura acabe variando.
Ou seja, como o frango foi posto congelado vai acabar diminuindo bastante a temperatura do óleo, resultando em um alimento que não está tão bom e gostoso quanto poderia estar.
5. C
Calor é tão somente um processo de transferência de energia térmica que ocorre entre dois sistemas que estão a diferentes temperaturas.
6. C
Considerando um sistema termicamente isolado:
𝑄𝑐𝑎𝑓é+ 𝑄𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒+ 𝑄𝑎𝑑𝑜ç𝑎𝑛𝑡𝑒= 0
(𝑑 . 𝑉𝑐∆𝜃)𝑐𝑎𝑓é+ (𝑑 . 𝑉𝑐∆𝜃)𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒+ (𝑑 . 𝑉𝑐∆𝜃)𝑎𝑑𝑜ç𝑎𝑛𝑡𝑒= 0 50 ∙ 1 ∙ (𝜃 − 80) + 100 ∙ 0,9 ∙ (𝜃 − 50) + 2 ∙ 2 ∙ (𝜃 − 20) = 0
7. E
A propagação de energia oriunda do Sol é por irradiação.
As luvas são feitas de materiais isolantes térmicos, dificultando a condução de calor.
8. D
𝑄𝐴+ 𝑄𝐵= 0
𝑚𝑐𝐴(20 − 100) + 𝑚 ∙ 0,22 ∙ (20 − (−20)) = 0 𝑐𝐴= 0,11 𝑐𝑎𝑙
𝑔 °𝐶 9. C
A questão apresenta um exemplo de um aquário de 50L precisando de um aquecedor de 50W para suprir a necessidade e diz que essa taxa pode ser considerada constante, logo, temos uma taxa 1:1 entre potência e litros de água. Essa mesma linha de pensamento pode ser levada para a densidade. Já que temos uma densidade de 1kg/L para a água, temos uma proporção 1:1 para a massa e o volume. Com isso, podemos juntar os dois dados e dizer que 1W de potência aquece 1kg de água.
Utilizando os dados da questão (não esqueça de converter o calor específico para c = 4000 J/kg.K).
𝑃 = 𝑄
𝛥𝑡=𝑚. 𝑐. 𝛥𝑇 𝛥𝑡
50 = 50 . 400 . 𝑇 3600
𝑇 =3600
4000= 0,9 º𝐶 10. C
Calculando a quantidade de calor absorvida por cada uma das amostras:
𝑄á𝑔𝑢𝑎= (𝑚 ∙ 𝑐 ∙ ∆𝜃)á𝑔𝑢𝑎= 100 ∙ 4 ∙ 8 = 3200 𝐽 = 3,2 𝑘𝐽 𝑄𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎= (𝑚 ∙ 𝑐 ∙ ∆𝜃)𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎= 100 ∙ 0,8 ∙ 30 = 2400 𝐽 = 2,4 𝑘𝐽 As quantidades de energias perdidas são:
𝐸á𝑔𝑢𝑎 = 3,6 − 3,2 = 0,4 𝑘𝐽 𝐸𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 = 3,6 − 2,4 = 1,2 𝑘𝐽
