Calorimetria Sensível, latente e potência (sem equilíbrio térmico)

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1 Calorimetria Sensível, latente e potência (sem equilíbrio térmico) 1. (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) (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 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. Página 1 de 14

2 3. (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 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. 5. (Ueg 2015) A mudança do estado físico de determinada substância pode ser avaliada em função da variação da temperatura em relação ao tempo, conforme o gráfico a seguir. Considere que a 0C o composto encontra-se no estado sólido. No gráfico, encontra-se a substância no estado líquido nos pontos a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e IV d) I, III e V Página 2 de 14

3 6. (Cefet MG 2015) Um material possui calor específico igual a 1,0J kg C quando está no estado sólido e 2,5 J kg C quando está no estado líquido. Um sistema composto por 0,10 kg desse material recebe energia de forma que sua temperatura varia segundo o gráfico da figura. A razão entre Q 1 e Q 2 é a) 1 3. b) 1 5. c) 1 6. d) 1 8. e) (G1 - ifba 2014) Praticamente toda energia que usamos na Terra provém direta ou 2 indiretamente do Sol na forma de luz. A energia incidente em uma área de 1m, durante 1h, 6 chega a 5 10 joules. Se transformássemos toda essa energia em calor, quantos litros de água, aproximadamente, poderiam ser aquecidos de 30 C para 78 C? Considere: - o calor específico da água igual a 4,2J / g. C. - a densidade da água de 1g / ml. a) 10,2 b) 12,6 c) 24,8 d) 50,4 e) 72,1 8. (Ucs 2014) Assumindo que o calor específico da água vale 1cal / 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 Página 3 de 14

4 9. (Uerj 2013) Uma pessoa, com temperatura corporal igual a 36,7 C, bebe 1 litro de água a 2 15 C. Admitindo que a temperatura do corpo não se altere até que o sistema atinja o equilíbrio térmico, determine a quantidade de calor, em calorias, que a água ingerida absorve do corpo dessa pessoa. Utilize: Calor específico da água = 1,0 cal g C; Massa específica da água = 1 g/cm (Uern 2013) Para se aquecer um corpo constituído por uma substância de calor específico 0,4 cal/g C foi utilizado uma fonte térmica que fornece 120 cal/min. Se, no aquecimento, o corpo sofreu um aumento de 50 C em sua temperatura num intervalo de 15 minutos, então, a massa desse corpo e de a) 60 g. b) 80 g. c) 90 g. d) 180 g. 11. (Uern 2013) Ao trocar calor com o meio ambiente, um corpo de massa 0,5 kg teve sua temperatura reduzida para 20 C, sem sofrer mudança no seu estado físico. Sendo o calor específico da substância que constitui esse corpo igual a 0,175 cal/g C e a quantidade total de calor transferida igual a cal, então, a temperatura inicial do corpo no início do processo era de a) 72 C. b) 76 C. c) 80 C. d) 84 C. 12. (Unesp 2013) Determinada substância pura encontra-se inicialmente, quando t = 0 s, no estado sólido, a 20 C, e recebe calor a uma taxa constante. O gráfico representa apenas parte da curva de aquecimento dessa substância, pois, devido a um defeito de impressão, ele foi interrompido no instante 40 s, durante a fusão da substância, e voltou a ser desenhado a partir de certo instante posterior ao término da fusão, quando a substância encontrava-se totalmente no estado líquido. Sabendo-se que a massa da substância é de 100 g e que seu calor específico na fase sólida é igual a 0,03 cal/(g. C), calcule a quantidade de calor necessária para aquecê-la desde 20 C até a temperatura em que se inicia sua fusão, e determine o instante em que se encerra a fusão da substância. 13. (Pucrj 2013) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50,0 cal por minuto. Observa-se que 200 g deste líquido se aquecem de 20,0 C em 20,0 min. Qual é o calor específico do líquido, medido em cal/(g C)? a) 0,0125 b) 0,25 c) 5,0 d) 2,5 e) 4,0 Página 4 de 14

5 14. (Pucrj 2013) Três cubos de gelo de 10,0 g, todos eles a 0,0 C, são colocados dentro de um copo vazio e expostos ao sol até derreterem completamente, ainda a 0,0 C. Calcule a quantidade total de calor requerida para isto ocorrer, em calorias. a) 3, b) 2, c) 1, d) 8, e) 2, Considere o calor latente de fusão do gelo L F = 80 cal/g 15. (Ufpr 2013) O gráfico abaixo, obtido experimentalmente, mostra a curva de aquecimento que relaciona a temperatura de uma certa massa de um líquido em função da quantidade de calor a ele fornecido. Sabemos que, por meio de gráficos desse tipo, é possível obter os valores do calor específico e do calor latente das substâncias estudadas. Assinale a alternativa que fornece corretamente o intervalo em que se pode obter o valor do calor latente de vaporização desse líquido. a) AB. b) BD. c) DE. d) CD. e) EF. 16. (Uepg 2013) O gráfico abaixo mostra a evolução da temperatura de um corpo de massa m, constituído por uma substância pura, em função da quantidade de calor que lhe é fornecida. Com base nas informações desse gráfico, assinale o que for correto. 01) Em T 20 C e T 80 C o corpo sofre mudanças de fases. 02) A quantidade de calor cedido ao corpo enquanto a sua temperatura variou entre 20 C e 80 C é denominado calor sensível. 04) Em T 0 C o corpo se encontra na fase sólida. 08) O calor cedido ao corpo durante as mudanças de fase é denominado calor latente. Página 5 de 14

6 17. (Unifesp 2013) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100g. Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine: a) o calor específico do corpo, em cal/(g C), na fase sólida e na fase líquida. b) a temperatura de fusão, em C, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo. 18. (Uerj 2012) Um copo contendo 200 g de água é colocado no interior de um forno de microondas. Quando o aparelho é ligado, a energia é absorvida pela água a uma taxa de 120 cal/s. Sabendo que o calor específico da água é igual a 1 cal. g -1. C -1, calcule a variação de temperatura da água após 1 minuto de funcionamento do forno. 19. (Uel 2012) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por exemplo, um forno é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do ferro vale 0,1 cal/gºc, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro. Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC. a) 25 b) 250 c) 2500 d) e) Página 6 de 14

7 20. (Ufrgs 2012) O gráfico a seguir representa o calor absorvido por unidade de massa, Q/m, em função das variações de temperatura T para as substâncias ar, água e álcool, que recebem calor em processos em que a pressão é mantida constante. (Considere que os valores de calor específico do ar, do álcool e da água são, respectivamente, 1,0 kj/kg. C, 2,5 kj/kg. C e 4,2 kj/kg. C.) Com base nesses dados, é correto afirmar que as linhas do gráfico identificadas pelas letras X, Y e Z, representam, respectivamente, a) o ar, o álcool e a água. b) o ar, a água e o álcool. c) a água, o ar e o álcool. d) a água, o álcool e o ar. e) o álcool, a água e o ar. 21. (Uern 2012) Um corpo constituído por uma substância de calor específico 840 J/kg C e aquecido por uma fonte térmica e apresenta variação de temperatura conforme o gráfico. Se o corpo tem massa igual a 250 g, então a quantidade de calor fornecida pela fonte a cada minuto é (Considerar: 1cal = 4,2 Joules) a) 75 cal. b) 25 cal. c) 50 cal. d) 42 cal. Página 7 de 14

8 22. (Uerj 2012) Considere X e Y dois corpos homogêneos, constituídos por substâncias distintas, cujas massas correspondem, respectivamente, a 20 g e 10 g. O gráfico abaixo mostra as variações da temperatura desses corpos em função do calor absorvido por eles durante um processo de aquecimento. Determine as capacidades térmicas de X e Y e, também, os calores específicos das substâncias que os constituem. 23. (G1 - ifpe 2012) Uma amostra de determinada substância com massa 30 g encontra-se inicialmente no estado liquido, a 60 C. Está representada pelo gráfico abaixo a temperatura dessa substância em função da quantidade de calor por ela cedida. Analisando esse gráfico, é correto afirmar que a) a temperatura de solidificação da substância é 10 C. b) o calor específico latente de solidificação é 1,0 cal/g. c) o calor específico sensível no estado líquido é 1/3 cal/g C. d) o calor específico sensível no estado sólido é 1/45 cal/g C. e) ao passar do estado líquido a 60 C para o sólido a 10 C a substância perdeu 180 cal. Página 8 de 14

9 Gabarito: Resposta da questão 1: [E] Q m c Δθ 300 0,09 2 Q 54 cal. Resposta da questão 2: [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 3: [C] 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 4: 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. Página 9 de 14

10 Resposta da questão 5: [C] Ao ser submetida ao aquecimento de uma substância pura que esteja no estado sólido, teremos dois pontos em que a temperatura permanece constante à pressão constante. Primeiramente há o aquecimento do sólido até o momento em que alcançado o ponto de fusão onde encontramos duas fases distintas (sólido e líquido) sem que haja alteração da temperatura (região II do gráfico). Ao derreter todo o sólido, resta apenas o líquido que ao absorver mais calor aumenta sua temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão atmosférica (região III), neste ponto estamos diante de mais uma mudança de fase (líquido para vapor) e a temperatura permanece constante até que todo o líquido vaporize (região IV). No gráfico temos líquido quando começa a fusão até o término da vaporização, ou seja, corresponde aos pontos II, III e IV. Resposta da questão 6: [D] Sabendo que Q mc ΔT, pode-se encontrar os valores de Q 1 e Q 2 pelos dados fornecidos no gráfico. Desta forma, Q 0, Q e 1 1 2J Q2 6 0,1 2, Q Q2 16J Logo, Q1 2 1 Q Resposta da questão 7: [C] Da equação do calor sensível: 6 Q Q m c Δθ m 24,8 10 g V 24,8 10 ml c Δθ 4, V 24,8 L. Resposta da questão 8: [A] A água perde 230 cal. De acordo com a convenção de sinais, calor cedido é negativo. Assim: 230 Q m c Δθ θ 60 θ 60 2,3 60 θ 100 θ 57,7C. Página 10 de 14

11 Resposta da questão 9: A partir dos dados apresentados no enunciado, temos: g g 1000 g d ml l cm Assim sendo, concluímos que meio litro de água corresponderá a 500 gramas. Calculemos agora a variação da temperatura sofrida pela água ingerida: Δθ 36, ,7 Utilizando a equação fundamental da calorimetria: Q mc Δθ Substituindo pelos valores encontrados, temos: Q ,7 Q cal Resposta da questão 10: [C] Dados: c 0,4cal / gc; P 120cal / min; Δt 15 min; Δθ 50 C Q P Q P Δt PΔt Δt m c Δθ P Δt m c Δθ 0,4 50 Q m c Δθ m 90 g. Resposta da questão 11: [B] Dados: Q = cal (calor cedido); m = 0,5 kg = 500 g; c = 0,175 cal/g C; θ 20 C. Q Q m c Δθ Δθ Δθ 56 θ θ0 56 m c 500 0, θ 56 θ θ 0 76 C. Página 11 de 14

12 Resposta da questão 12: Aplicando a expressão do calor sensível para a fase sólida: Q m c Δθ Q 100 0, S s S QS 900 cal. Como a potência da fonte é constante e a substância é pura, o gráfico completo (também fora de escala) é o apresentado abaixo. Usando semelhança de triângulos: AC BE 128 t ΔABC ΔBDE BC DE t t t 118 s. Resposta da questão 13: [B] Q mcδθ P. Δt 50x20 P c 0,25cal / (g C) Δt Δt m. Δθ 200x20 Resposta da questão 14: [E] O calor em questão é latente. 3 Q ml cal Q 2,4 10 cal. Resposta da questão 15: [C] Comentário: o enunciado apresenta uma imprecisão, pois afirma que se trata de um líquido. A não identificada substância apresenta-se totalmente na fase líquida apenas no intervalo de C a D. O intervalo DE apresenta a vaporização do líquido, onde é possível determinar o calor latente de vaporização. Página 12 de 14

13 Resposta da questão 16: = 15. Analisando cada uma das afirmativas: [01] Correta. Em T = 20 C, ocorre fusão e em T = 80 ocorre vaporização. [02] Correta. O calor que provoca variação de temperatura é denominado calor sensível. [04] Correta. Como há dois patamares, há duas mudanças de fases: sólido líquido a 20 C e líquido gasoso a 80 C. Portanto, em T = 0 C o corpo está na fase sólida. [08] Correta. Calor que provoca mudança de fase é denominado calor latente. Resposta da questão 17: a) Dado: m = 100 g. Do gráfico: Q sól = (400 0) = 400 cal; Q líq = ( ) = 400 cal. 400 c sól csól 0,1 cal /gc. Q Q m c Δθ c m Δθ 400 c líq clíq 0,2 cal /gc b) Do gráfico, a temperatura de fusão é 40 C. OBS.: a questão pede o calor latente de fusão, que é: Q fusão = ( ) = 400 cal. Mas vamos entender calor latente de fusão como calor específico latente de fusão (L fusão ). Assim: Q fusão 400 Qfusão m L fusão L fusão m 100 L 4 cal/g C. fusão Resposta da questão 18: Q P P. Δt m.c. Δθ Δt P. Δt Δθ m.c Δθ 36C Resposta da questão 19: [D] Da equação fundamental da calorimetria: Q mc Q 500 0, cal. Resposta da questão 20: [A] Da expressão do calor sensível: Q Q m c T c m. T Essa expressão mostra que, no gráfico apresentado, o calor específico sensível (c) é o coeficiente angular ou declividade da reta. Assim, à substância de menor calor específico corresponde a reta de menor declividade. Comparando: X ar; Y álcool; Z água. Página 13 de 14

14 Resposta da questão 21: [B] Dados: 1 cal = 4,2 J; c = 840 J/kg C = 0,2 cal/g C; m = 250 g; Δθ C. Calculando a quantidade de calor total: QT m c Δθ 250 0,2 20 QT cal. Por proporção simples e direta: 40 min cal Q 1 min Q cal 40 Q 250 cal. Resposta da questão 22: CAPACIDADES TÉRMICAS: C C C C x y x x Qx 80cal 80cal Δθ ( )K 8K x 10cal / K Qy 40cal 40cal Δθ ( )K 10K y 4cal / K CALORES ESPECÌFICOS SENSÌVEIS: Cx m x.c x c x cx 0,5cal / gk Cy m y.c y 4 10.c y cy 0,4cal / gk Resposta da questão 23: [B] De fato: L calor/massa 30/30 1cal/g Página 14 de 14