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1 1. (Uerj 2016) Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do calor: 1cal 4,2 J. Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de paletas giram imersas em água no interior de um recipiente. Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia cinética das paletas em movimento, totalmente convertida em calor, provoque uma variação de 2C em 100 g de água. Essa quantidade de calor corresponde à variação da energia cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda livre de uma determinada altura. Essa altura, em metros, corresponde a: a) 2,1 b) 4,2 c) 8,4 d) 16,8 2. (Puccamp 2016) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 250 J de energia mecânica e agita, por meio de pás, 100 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50 C de sua temperatura. Adote 1cal 4,2 J e cágua 1,0 cal g C. O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de a) 16%. b) 19%. c) 67%. d) 81%. e) 84%. 3. (Uerj 2016) Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor. A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores específicos é igual a 6. 5 A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: Página 1 de 21

2 a) 250 b) 300 c) 500 d) (G1 - ifpe 2016) No preparo de uma xícara de café com leite, são utilizados 150 ml (150g) de café, a 80 C, e 50 ml (50g) de leite, a 20 C. Qual será a temperatura do café com leite? (Utilize o calor específico do café = calor específico do leite 1,0 cal/ g C) a) 65 C b) 50 C c) 75 C d) 80 C e) 90 C 5. (Unesp 2016) O topo da montanha é gelado porque o ar quente da base da montanha, regiões baixas, vai esfriando à medida que sobe. Ao subir, o ar quente fica sujeito a pressões menores, o que o leva a se expandir rapidamente e, em seguida, a se resfriar, tornando a atmosfera no topo da montanha mais fria que a base. Além disso, o principal aquecedor da atmosfera é a própria superfície da Terra. Ao absorver energia radiante emitida pelo Sol, ela esquenta e emite ondas eletromagnéticas aquecendo o ar ao seu redor. E os raios Página 2 de 21

3 solares que atingem as regiões altas das montanhas incidem em superfícies que absorvem quantidades menores de radiação, por serem inclinadas em comparação com as superfícies horizontais das regiões baixas. Em grandes altitudes, a quantidade de energia absorvida não é suficiente para aquecer o ar ao seu redor. ( Adaptado.) Segundo o texto e conhecimentos de física, o topo da montanha é mais frio que a base devido a) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e ao fato de o ar ser um bom condutor de calor, nãoretendo energia térmica e esfriando. b) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele. c) à redução da pressão atmosférica com a altitude e ao fato de as superfícies inclinadas das montanhas impedirem a circulação do ar ao seu redor, esfriando-o. d) à transformação isocórica pela qual passa o ar que sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele. e) à expansão isotérmica sofrida pelo ar quando sobe e à ausência do fenômeno da convecção que aqueceria o ar. 6. (Uece 2016) A humanidade acaba de chegar ao meio de um caminho considerado sem volta rumo a mudanças climáticas de grande impacto. Um estudo divulgado pelo serviço britânico de meteorologia mostrou que a temperatura média da Terra teve um aumento de 1,02 C no período correspondente ao início da Revolução Industrial até os dias atuais. É a primeira vez que se registra um aumento dessa magnitude e se rompe o patamar de 1 C, um flagrante desequilíbrio no planeta. A fonte predominante e a forma de transmissão dessa energia térmica que chega à Terra é, respectivamente, a) o sol e a convecção. b) o efeito estufa e a irradiação. c) o efeito estufa e a circulação atmosférica. d) o sol e a irradiação. Página 3 de 21

4 7. (Fmp 2016) Um ferro elétrico utilizado para passar roupas está ligado a uma fonte de 110 V, e a corrente que o atravessa é de 8 A. O calor específico da água vale 1cal (g C), e 1 caloria equivale a 4,18 J. A quantidade de calor gerada em 5 minutos de funcionamento desse ferro seria capaz de elevar a temperatura de 3 quilos de água a 20 C de um valor T. O valor aproximado, em graus Celsius, desse aumento de temperatura, T, é a) 168 b) 88 c) 0,3 d) 63 e) (Upf 2015) Recentemente, empresas desportivas lançaram o cooling vest, que é um colete utilizado para resfriar o corpo e amenizar os efeitos do calor. Com relação à temperatura do corpo humano, imagine e admita que ele transfira calor para o meio ambiente na razão de 2,0 kca / min. Considerando o calor específico da água 1,0 kca / (kg C), se esse calor pudesse ser aproveitado integralmente para aquecer determinada porção de água, de 20 C a 80 C, a quantidade de calor transferida em 1hora poderia aquecer uma massa de água, em kg, equivalente a: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 9. (Pucrj 2015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 C a 70 C. O calor específico deste metal, em cal / g C, vale: a) 10,6 b) 23,5 c) 0,094 Página 4 de 21

5 d) 0,047 e) 0, (Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência é constante e igual a 100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa fonte. Observe no gráfico a variação de temperatura do corpo em função do tempo. Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 11. (Pucrj 2015) Podemos estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico da pele é igual ao da água: c 1,0 cal / (g C). Considere o calor latente de vaporização da água como Lv 1000 / cal / g. Calcule o aumento de temperatura da pele devido à absorção do calor, em C. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) (Uern 2015) Um corpo constituído por uma substância cujo calor específico é 0,25cal / g C absorve de uma fonte térmica 5.000cal. Sendo a massa do corpo igual a Página 5 de 21

6 125g e sua temperatura inicial de 20 C, então a temperatura atingida no final do aquecimento é de a) 150 C. b) 180 C. c) 210 C. d) 250 C. 13. (G1 - cps 2015) Um dos materiais que a artista Gilda Prieto utiliza em suas esculturas é o bronze. Esse material apresenta calor específico igual a 0,09 cal / (g C), ou seja, necessita-se de 0,09 caloria para se elevar em 1 grau Celsius a temperatura de 1 grama de bronze. Se a escultura apresentada tem uma massa de bronze igual a 300 g, para que essa massa aumente sua temperatura em 2 C, deve absorver uma quantidade de calor, em calorias, igual a a) 6. b) 18. c) 27. d) 36. e) 54. Página 6 de 21

7 14. (Enem 2015) 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. 15. (Uece 2015) Um bloco de gelo a 30 C repousa sobre uma superfície de plástico com temperatura inicial de 21 C. Considere que esses dois objetos estejam isolados termicamente do ambiente, mas que haja troca de energia térmica entre eles. Durante um intervalo de tempo muito pequeno comparado ao tempo necessário para que haja equilíbrio térmico entre as duas partes, pode-se afirmar corretamente que a) a superfície de plástico tem mais calor que o bloco de gelo e há transferência de temperatura entre as partes. b) a superfície de plástico tem menos calor que o bloco de gelo e há transferência de temperatura entre as partes. c) a superfície de plástico tem mais calor que o bloco de gelo e há transferência de energia entre as partes. d) a superfície de plástico transfere calor para o bloco de gelo e há diferença de temperatura entre as partes. 16. (G1 - ifsul 2015) Quando um patinador desliza sobre o gelo, o seu movimento é facilitado porque, enquanto ele anda, o gelo transforma-se em água líquida, o que faz com que diminua o atrito entre os patins e o gelo. Página 7 de 21

8 Se o gelo encontra-se a uma temperatura inferior a 0 C, a água líquida é formada pela passagem do patinador porque a) a temperatura do gelo aumenta devido ao movimento relativo entre os patins e o gelo. b) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela lâmina dos patins diminui o ponto de fusão do gelo. c) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela lâmina dos patins aumenta o ponto de fusão do gelo. d) a temperatura do gelo não varia devido ao movimento relativo entre os patins e o gelo. 17. (G1 - ifsul 2015) Em certos dias de inverno, é comum acontecer o fenômeno físico chamado inversão térmica, que faz aumentar a concentração de poluentes no ar que a população respira, causando doenças respiratórias principalmente, em crianças e idosos. Isso ocorre porque a a) densidade das camadas superiores do ar atmosférico é maior que a densidade das camadas inferiores. b) temperatura das camadas inferiores do ar atmosférico é igual à temperatura das camadas superiores. c) temperatura das camadas superiores do ar atmosférico é maior que a temperatura das camadas inferiores. d) a temperatura das camadas superiores do ar atmosférico é menor que a temperatura das camadas inferiores. 18. (Uece 2015) O uso de fontes alternativas de energia tem sido bastante difundido. Em 2012, o Brasil deu um importante passo ao aprovar legislação específica para micro e mini geração de energia elétrica a partir da energia solar. Nessa modalidade de geração, a energia obtida a partir de painéis solares fotovoltaicos vem da conversão da energia de fótons em energia elétrica, sendo esses fótons primariamente oriundos da luz solar. Assim, é correto afirmar que essa energia é transportada do Sol à Terra por a) convecção. b) condução. c) indução. d) irradiação. Página 8 de 21

9 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra. 19. (Unicamp 2015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de Ti C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de 24 massa M 6,0 10 kg constituída de um material com calor específico c 0,5 kj / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de Tf 27 a) 24,0 10 kj. 27 b) 6,0 10 kj. 27 c) 8,1 10 kj. 27 d) 2,1 10 kj. 700 C é igual a 20. (Pucrs 2014) Uma forma de aquecer água é usando aquecedores elétricos de imersão, dispositivos que transformam energia elétrica em energia térmica, mediante o uso de resistores elétricos. Um desses aquecedores, projetado para fornecer energia na razão de 500 calorias por segundo, é utilizado no aquecimento de 500 gramas de água, da temperatura de 20 C para 80 C. Considerando que toda a energia transferida é aproveitada no aquecimento da água e sabendo que o calor específico da água é c 1,0 cal / g C, o tempo necessário para atingir 80 C é igual a a) 60 s b) 68 s c) 75 s d) 84 s e) 95 s Página 9 de 21

10 21. (G1 - col.naval 2014) Com o objetivo de descobrir o calor específico de uma liga metálica, colocou-se 0,5kg da liga dentro de um pequeno forno elétrico no qual podia ser lida a seguinte especificação: 120V 10A. Considerando que o forno funcionou plenamente de acordo com as especificações e que, após 1 minuto, a temperatura da liga sofreu uma variação de 80K, pode-se afirmar que o valor encontrado para o calor especifico foi, em cal / g C, de Dado: 1 cal 4J a) 0,25 b) 0,30 c) 0,35 d) 0,40 e) 0, (Ucs 2014) Assumindo que o calor específico da água vale 1 cal / g C, considere que 100 g de água a 60 C foram depositadas em uma cuia de chimarrão que já possuía erva-mate e bomba. Suponha que após um rápido intervalo de tempo a água transmitiu 100 calorias para a bomba, 100 calorias para a erva e 30 calorias para a cuia. Qual a temperatura da água no instante exato após terem ocorrido essas transmissões de calor? Para fins de simplificação, ignore qualquer outro evento de perda de energia interna da água que não esteja entre os citados acima. a) 57,7 C b) 52,3 C c) 45,0 C d) 28,2 C e) 23 C 23. (Uerj 2014) Um sistema é constituído por uma pequena esfera metálica e pela água contida em um reservatório. Na tabela, estão apresentados dados das partes do sistema, antes de a esfera ser inteiramente submersa na água. Página 10 de 21

11 Partes do sistema esfera metálica água do reservatório Capacidade Temperatura térmica inicial ( C) (cal/ C) A temperatura final da esfera, em graus Celsius, após o equilíbrio térmico com a água do reservatório, é cerca de: a) 20 b) 30 c) 40 d) (Ucs 2014) Uma ferramenta de corte a raio laser consegue cortar vários materiais, como aço carbono, aço inoxidável, alumínio, titânio, plásticos, etc. Supondo, numa situação idealizada para fins de simplificação, que o material sólido a ser cortado estava exatamente na sua temperatura de transição do estado sólido para o líquido; além disso, que o laser foi aplicado e liquefez o material nos trechos em que esteve em contato com ele, porém, sem aumentar a temperatura do material nesses trechos. Pode-se dizer que o laser transferiu para o material uma quantidade de energia associada diretamente a) ao calor específico do material. b) ao calor latente de fusão do material. c) à capacidade térmica do material. d) ao módulo de compressibilidade do material. e) ao número de moles do material. 25. (Enem PPL 2014) Um engenheiro decidiu instalar um aquecedor solar em sua casa, conforme mostra o esquema. Página 11 de 21

12 De acordo com as instruções de montagem, para se ter um aproveitamento máximo da incidência solar, as placas do coletor solar devem ser instaladas com um ângulo de inclinação determinado. O parâmetro que define o valor do ângulo de inclinação dessas placas coletoras é a a) altitude. b) latitude. c) longitude. d) nebulosidade. e) umidade relativa do ar. Página 12 de 21

13 Gabarito: Resposta da questão 1: [C] De acordo com o enunciado, temos que o calor fornecido à água é igual a variação de energia cinética de um corpo de 10 kg ao cair em queda livre. Utilizando os dados fornecidos no enunciado, para calcular o calor fornecido à água. Q m c ΔT Q Q 200 cal Como a energia potencial é dada em joules e sabendo que 1cal 4,2 J. Q 200 4,2 Q 840 J Por fim, temos que: Q E pi 840 m gh 840 h h 8,4 m Resposta da questão 2: [E] Para calcular o rendimento deste dispositivo, é preciso descobrir quanto de energia é necessário para elevar a quantidade de água dada em 0,5 C. Assim, Q m c ΔT Q ,5 Q 50 cal ou Q 50 4,2 Q 210 J Página 13 de 21

14 Assim, 210 η 250 η 84 % Resposta da questão 3: [C] Do enunciado, temos que: C A A A C cb 6 c 5 B m m 100 B Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C m c Podemos então dizer que: CA CB ma ca mb cb ca m B cb ma 5 m B 6 mb mb mb mb 500 g Sabendo que, ma mb 100 ma 600 g Como é pedido a amostra mais leve, logo a resposta é 500 g. Resposta da questão 4: [A] Página 14 de 21

15 Δθ Δθ Qcafé Qleite 0 m c m c café leite T T T 240 T T 260 T 65 C. Resposta da questão 5: [B] De acordo com o texto, o ar, ao subir, fica sujeito a menores pressões, expandindo sem troca de calor (expansão adiabática). Nessa expansão, esse ar sofre resfriamento. Além disso, as encostas íngremes das montanhas recebem os raios solares de forma muito inclinada absorvendo pouco radiação, não aquecendo o ar atmosférico ao redor. São esses os fatores preponderantes para a formação de gelo no topo de altas montanhas. Resposta da questão 6: [D] A energia térmica que chega até o Planeta Terra é proveniente do sol e o meio de transmissão é feito através de ondas eletromagnéticas por irradiação. Resposta da questão 7: [E] A energia do ferro elétrico, em joules, é dada por: E P Δt onde: P é a potência em watts Δ t é o intervalo de tempo em segundos. Mas a potência relaciona-se com a tensão (volts) e a corrente (ampéres) dadas, com a seguinte expressão: Página 15 de 21

16 P U i Temos então a energia elétrica do ferro: 60 s E U i Δt E 110 V 8 A 5 min E J 1min Essa mesma energia é utilizada para aquecer 3 kg de água, com isso, temos que aplicar o calor sensível. Q mc ΔT Onde: m é a massa da água em gramas; c é o calor específico da água em cal (g C), (transformar calorias em joules) Δ T é a diferença de temperatura em graus Celsius Logo, Δ Q J T T T 21 C m c Δ cal 4,18J Δ 3000 g 1 g C 1 cal Resposta da questão 8: [B] A quantidade de calor transferida em 1 hora será: kcal 60 min Q kcal min 1h Usando a expressão para o calor sensível Q mc ΔT e explicitando m: Q 120 kcal m m 2 kg c ΔT kcal C kgc Resposta da questão 9: [C] Página 16 de 21

17 Sendo o calor sensível dado por: Q mc ΔT O calor específico explicitado fica: Q c m ΔT Calculando com os valores fornecidos: c 470 cal 0,094 cal 100 g 70C 20C g C Resposta da questão 10: Dados: m 500 g; P 100 cal/min. Q m c ΔT Q P Q PΔt Δt PΔt m c ΔT PΔt c m ΔT c 0,15 cal/g C. C m c 500 0,15 C 75 cal/ C. Resposta da questão 11: [C] A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele. Qlatente Qsensível m L m c ΔT v v p Página 17 de 21

18 1000 0,6 g cal / g mv Lv ΔT 3 40C mp c 5 g1 cal / g C Resposta da questão 12: [B] Utilizando os dados fornecidos pelo enunciado e os conhecimentos acerca de calor sensível, temos que: Q m c ΔT ,25 Tf Tf ,25 Tf Tf 180 C Resposta da questão 13: [E] Q m c Δθ 300 0,09 2 Q 54 cal. Resposta da questão 14: [A] Da expressão do calor específico sensível: Q Q m c Δθ Δθ. mc O fluido arrefecedor deve receber calor e não sofrer sobreaquecimento. Para tal, de acordo com a expressão acima, o fluido deve ter alto calor específico. Resposta da questão 15: [D] Página 18 de 21

19 As alternativas [A], [B] e [C] afirmam que um corpo tem mais ou menos calor estão equivocadas conceitualmente, uma vez que o calor é energia térmica em trânsito sempre de um corpo com maior temperatura, no caso o plástico, para o corpo com menor temperatura, o gelo. Sendo assim, a alternativa correta é a [D]. Resposta da questão 16: [B] A temperatura de mudança de fase de uma substância depende da pressão. Para a água, o aumento de pressão diminui o ponto de fusão. No caso, o aumento de pressão devido aos patins diminui a temperatura de fusão do gelo, ocorrendo o derretimento Resposta da questão 17: [C] A concentração de poluentes no ar aumenta porque a temperatura das camadas superiores do ar atmosférico é maior que a temperatura das camadas inferiores, dificultando o fenômeno da convecção. Resposta da questão 18: [D] Irradiação é o processo de transmissão de calor através do espaço, por meio de ondas eletromagnéticas. Este é o único processo de transmissão de calor que ocorre no vácuo, ou seja, que não há necessidade de um meio material. Resposta da questão 19: [B] Q M c Δθ , Q 6 10 kj. Página 19 de 21

20 Resposta da questão 20: [A] Dados: θ0 20C; θ 80C; m 500 g; P 500 cal / s; c 1 cal / g C. Aplicando a definição de potência: Q Q mcδθ P Δt Δt 60 s. Δt P P 500 Resposta da questão 21: [E] Dados: U120V; i 10A; ΔT 80K 80C; m 0,5kg 500g; Δt 1min 60s; 1cal 4J. Considerando que toda energia (calor) liberada pelo forno tenha sido absorvida pela liga, temos: Q P Q U i Δt J cal cal. Δt 4 Q Q m c ΔT c m ΔT c 0,45 cal/g C. Resposta da questão 22: [A] A água perde 230 cal. De acordo com a convenção de sinais, calor cedido é negativo. Assim: Q m c Δθ θ 60 θ ,3 60 θ θ 57,7C. Página 20 de 21

21 Resposta da questão 23: [B] A análise dos dados dispensa cálculos. A capacidade térmica da esfera metálica é desprezível em relação à da água contida no reservatório, portanto, a temperatura da água praticamente não se altera, permanecendo em cerca de 30 C. Mas, comprovemos com os cálculos. Considerando o sistema água-esfera termicamente isolado: Q Q 0 C T C T 0 esf água esf esf água água 2 T T T T T T 30,0998 C T 30 C. Resposta da questão 24: [B] O calor transferido a um material para que ele mude do estado sólido para o líquido está associado ao calor latente de fusão do material. Resposta da questão 25: [B] O aproveitamento da incidência solar é máximo quando os raios solares atingem perpendicularmente a superfície da placa. Essa calibração é otimizada de acordo com a inclinação relativa do Sol, que depende da latitude do local. Página 21 de 21

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