b) Calcule o calor específico, por unidade de massa da substância, se a massa de água utilizada em (a) for de 1,0 kg.

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1 1 1. (Puc-rio 2000) Devido a um resfriado, um homem de 80 kg tem temperatura do corpo igual a 39 C ao invés da temperatura normal de 37 C. Supondo que o corpo humano seja constituído basicamente de água, qual a quantidade de calor produzida pelo corpo para causar este aumento de temperatura? Calor específico da água = 1 cal/g C. 2. (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. 3. (Ufal 2000) Um calorímetro de capacidade térmica 100cal/ C contém 300g de água a 20 C. Introduz-se no calorímetro um bloco de alumínio, de massa 500g, à temperatura de 170 C. Determine a temperatura de equilíbrio térmico do sistema, admitindo que não há trocas de calor com o ambiente. Dados: Calor específico da água = 1,0 cal/g C Calor específico do alumínio = 0,20 cal/g C

2 4. (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.

3 5. (Ufg 2003) O Brasil possui aproximadamente 27 milhões de chuveiros elétricos instalados em residências. Mesmo que apenas uma fração desses chuveiros esteja ligada ao mesmo tempo, o consumo de energia desses aparelhos ainda é muito grande, principalmente em horários de maior demanda de energia. Uma alternativa viável é a utilização de coletores de energia solar com o objetivo de aquecer água. Suponha que um sistema de aquecimento solar de água, com placas coletoras de área igual a 8 m, seja utilizado em uma residência para aquecer 1 m de água contido em um reservatório. O sistema possui uma eficiência de 60%, isto é, ele converte 60% da energia solar incidente em calor. Considere que a intensidade da radiação solar vale I = 700 W/m, que o calor específico da água vale c(água) = J/kg C e que a densidade da água vale d = 1,0 10 kg/m. a) Calcule, em horas, o tempo necessário para que a temperatura da água no reservatório aumente 10 C. b) Sabendo que um kwh de energia elétrica custa R$ 0,27, calcule quanto se gastaria para realizar o mesmo aquecimento usando energia elétrica. 6. (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. 7. (Ufpr 2003) A uma caneca contendo 50ml de café, inicialmente a 70 C, adicionam-se 5g de um adoçante, inicialmente a 28 C. Considere o calor específico do café igual a 1cal/(g. C), o do adoçante igual a 2cal/(g. C) e a densidade do café igual a 1g/ml. Despreze as trocas de calor com a caneca e com o ambiente. Determine a temperatura final da mistura, expressando-a em graus Celsius. 8. (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.

4 9. (Ufrn 99) O projeto de um grupo de alunos para a feira de ciências da escola Ciência para Todos consiste de uma miniatura, na forma de maquete, de um sistema de produção, transporte e consumo de energia elétrica, conforme esquematizado na figura a seguir. O sistema é iniciado com um fluxo de água dado por, caindo de uma altura h sobre uma roda d'água, fazendo com que esta gire. O fluxo é medido em quilogramas por segundo. Através de uma correia, o giro da roda é transmitido a um gerador elétrico. Fios condutores são conectados dos terminais do gerador a um liqüidificador, cujo copo, termicamente isolado, contém um líquido cuja massa é mø e cujo calor específico é cø. O módulo da aceleração da gravidade é g. a) Especifique, em ordem seqüencial, as transformações de energia que ocorrem no sistema. b) Expresse literalmente a energia mecânica por unidade de tempo (potência), P, inicialmente disponível, em função de, h e g. c) Expresse literalmente a quantidade de calor, QØ, recebia pelo líquido, em função de mø, cø e ÐT, considerando que ÐT foi o aumento de temperatura que o líquido sofreu. d) Considerando que a temperatura do líquido, aumente de ÐT e o liqüidificador funcione durante um intervalo de tempo Ðt, expresse literalmente a potência transferida ao líquido, PØ, em função de mø, cø, ÐT e Ðt. e) Expresse literalmente o aumento de temperatura, ÐT, do líquido, em função de, h, g, mø, cø e Ðt, considerando que apenas 20% da potência inicialmente disponível, P, é transferida para o líquido.

5 10. (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)cðš 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.

6 11. (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. 12. (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? 13. (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?

7 14. (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 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 kg/m e seu calor específico C = 0,75kJ/kg C. 15. (Unicamp 2005) 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?

8 16. (Uem 2004) Um calorímetro de capacidade térmica 48,0 cal/ C contém 6,5 kg de mercúrio. A temperatura do conjunto é de 20 C. Coloca-se, em seu interior, um bloco de uma liga de alumínio cuja massa é de 810 g e cuja temperatura é de 45 C. Assuma que os calores específicos do mercúrio e da liga de alumínio valem, respectivamente, c(hg) = 0,03 cal/g.k e c(aø) = 0,2 cal/g.k, que suas massas específicas valem, respectivamente, (Hg) = 13,0 g/cm (a 20 C) e (AØ) = 2,7 g/cm (a 45 C), que o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio vale (Hg) = 1,8x10 C e que o coeficiente de dilatação linear da liga de alumínio vale (AØ) = 2,0x10 C. Assinale o que for correto. 01) A temperatura de equilíbrio térmico do sistema calorímetro+mercúrio+bloco de liga de alumínio vale 32,5 C. 02) Desde o instante em que o bloco de liga de alumínio foi incorporado ao sistema calorímetro+mercúrio até o instante em que foi atingida a temperatura de equilíbrio térmico, o mercúrio recebeu 1,95 kcal. 04) A utilização do calorímetro permitiu que as trocas de calor ocorressem somente entre o bloco de liga de alumínio e o mercúrio. 08) O calorímetro recebeu 480 cal da vizinhança em que se encontrava. 16) Na temperatura de 20 C, o volume do mercúrio era de 500 cm e, na temperatura de 45 C, o volume do bloco de liga de alumínio era de 300 cm. 32) Na temperatura de equilíbrio térmico, o volume de mercúrio estava 0,9 cm maior e o do bloco de liga de alumínio estava 0,27 cm menor. 17. (Ufal 99) Uma panela de ferro, de massa igual a 600g, tem calor específico igual a 0,11cal/g C e outra panela de alumínio, de massa igual a 300g, tem calor específico igual a 0,22cal/g C. Analise as afirmações que seguem referentes a essas panelas ( ) A capacidade térmica da panela de ferro é igual a 66cal/ C. ( ) A capacidade térmica da panela de alumínio é 220cal/ C. ( ) A energia interna das duas panelas tem o mesmo valor. ( ) Para aquecer 200g de água na panela de ferro, de 20 C para 30 C, a água absorverá 660 calorias. ( ) Para aquecer 200g de água na panela de alumínio, de 20 C para 30 C, a panela sozinha absorverá 660 calorias.

9 18. (Ufal 99) Analise as proposições a seguir. ( ) O calor deve ser medido somente em calorias. ( ) O trabalho é energia transferida e, portanto, pode ser medido em joules. ( ) Calor pode ser transformado em trabalho e vice-versa. ( ) Calor e temperatura são grandezas de mesma natureza. ( ) O calor é equivalente à temperatura absoluta. 19. (Ufsc 2003) Em um dia calmo de verão, Paula encontra-se em uma praia sob forte incidência de raios solares. Lembrando-se de que o calor específico da água é bem maior do que o da terra, ela observou atentamente alguns fenômenos, buscando relacioná-los com as explicações e comentários apresentados pelo seu professor de Física para os mesmos. Considerando a situação descrita, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) Durante o dia, a temperatura da terra é maior do que a da água porque o calor específico da terra é menor do que o da água. (02) Durante a noite, a temperatura da água é menor do que a da terra porque o calor específico da água é maior do que o da terra. (04) Durante o dia, percebia-se na praia uma brisa soprando da terra para o mar. Uma possível justificativa é porque a massa de ar junto à terra estava mais aquecida do que a massa de ar junto ao mar. (08) Durante a noite, percebia-se na praia uma brisa soprando do mar para a terra. Uma possível justificativa é porque a massa de ar junto ao mar estava mais aquecida do que a massa de ar junto à terra. (16) Após o pôr-do-sol, a água se resfriou mais rapidamente do que a terra, porque o calor específico da água é maior do que o da terra. (32) Após o pôr-do-sol, a terra se resfriou mais rapidamente do que a água do mar, porque o calor específico da água é bem maior do que o da terra. (64) Foi possível observar que a água e a terra apresentaram a mesma temperatura, sempre. Soma ( )

10 20. (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.

11 GABARITO 1. ÐQ = cal 2. a) 32 C. b) 0,5 cal/g C C 4. a) 4,0 10 cal. b) 2,77 h. 5. a) 3,5 h b) R$ 3, s Numa troca de calor o somatório das trocas de calor entre os participantes da troca é zero [T- 0]+8.0,25.[T-400]+10.0,2.(50-100)=0 Simplificando e resolvendo essa equação, obtem-se: 100.T = 0; T = 9 C 9. a) GRAVITACIONAL ë CINÉTICA ë ELÉTRICA ë CINÉTICA

12 b) P =. g. h c) Q(L) = M(L).C(L).ÐT d) P(L) = (M(L).C(L).ÐT/ÐT) e) Ð T = (0,2. ghðt/m(l)c(l)) 10. a) O trabalho realizado pelo peso da pedra é = (mp). g. h = = J b) A quantidade de calor cedida pela água é Q = (ma). c. К = ( 5-25 ) = cal c) Como a eficiência é a relação e = Q/, temos que Q = e (onde Q e devem ser expressos numa mesma unidade de energia). Para transformar Q(cal) em Q(J), devemos fazer Q(J) = Q(cal) Eq, onde Eq é o equivalente mecânico do calor. Desta forma teremos Q(cal) Eq = e (J) Logo, Eq = e (J)/ Q(cal) Eq = 0, J/1.000 cal; logo, Eq = 4 J/cal Resultados válidos cal = 0, J ; logo, 1 cal = 4 J 11. a) Dilatação térmica. Levando-se em conta que o vidro é mau condutor de calor ocorrem dilatações desiguais, e isto produz a ruptura. b) 25 cal/ C 12. a) 40J

13 b) 85,5 C 13. a) W b) 92 C 14. a) a curva A b) 10 C no mesmo horário c) 4,3.10 kj 15. a) 1 10 mols b) 3 10 J V F V F V 18. F V V F F = = 27