6. A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: 1,0 cal g C. (trecho a).

Transcrição

1 1. Uma forma de gelo com água a 25 C é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a 18 C. As etapas do processo de trocas de calor e de mudança de estado da substância água podem ser identificadas num gráfico da temperatura X quantidade de calor cedida. Qual dos gráficos a seguir mostra, corretamente (sem considerar a escala), as etapas de mudança de fase da água e de seu resfriamento para uma atmosfera? a) b) c) d) e) 2. Para responder à questão, considere as informações e as afirmativas sobre o gráfico a seguir. O gráfico abaixo representa a temperatura (T) em função da quantidade de calor fornecido (Q) para uma substância pura de massa igual a 0,1kg, inicialmente na fase sólida

2 (trecho a). I. A temperatura de fusão da substância é 30 C. II. O calor específico da substância na fase sólida é constante. III. Ao longo de todo o trecho b, a substância encontra- se integralmente na fase líquida. Está/Estão correta(s) apenas a(s) afirmativa(s): a) I. b) II. c) I e II. d) I e III. e) II e III. 3. Considere duas garrafas idênticas, uma contendo 1kg de leite e outra contendo 1kg de água, ambas inicialmente a 15 C e expostas à temperatura ambiente de 21 C. A capacidade térmica do leite integral é, aproximadamente, 3,93 kjk kg e da água é 4,19 kj K kg. Considere que a condutividade e a emissividade térmica sejam as mesmas para os dois líquidos. Com base nessas informações, é correto afirmar que, ao atingir o equilíbrio térmico com o ambiente: a) o leite tem calor específico superior ao da água. b) o leite atinge a temperatura ambiente antes da água. c) a água passa por uma transição de fase antes de atingir a temperatura ambiente. d) o leite tem mais energia térmica armazenada que a água. 4. 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. A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: 5 a) 250 b) 300 c) 500 d) 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 6. 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 7. Um corpo de massa m está em movimento de translação em relação a uma superfície horizontal animado com velocidade de módulo igual a 144,75 m s. Considerando que toda a sua energia cinética seja utilizada para aquecer uma porção de mesma massa m de água inicialmente a 37,80 C, qual é, aproximadamente, a variação de temperatura, em Fahrenheit, que essa porção de água será submetida? (Utilize: Calor específico da água no estado líquido igual a 4.190,00 J kg K). a) 1,39 F b) 2,50 F c) 4,50 F d) 5,00 F 8. 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 9. A Criopreservação Seminal é utilizada na medicina com o objetivo de garantir a fertilidade de homens que irão se submeter a procedimentos que possam prejudicar a sua capacidade fértil [...]. Existem também os bancos de sêmen de doadores, [...] que podem ser utilizados em técnicas de reprodução assistida. Um dos tipos de congelamento, chamado rápido, é realizado em três fases: (1ª) o sêmen é colocado em um freezer a uma temperatura de 20 C, (2ª) as amostras são colocadas em suspensão em vapor de nitrogênio líquido onde são resfriadas até alcançar uma temperatura de 80 C, (3ª) as amostras são colocadas diretamente em nitrogênio líquido onde ficarão armazenadas a 196 C. Utilize os dados expostos acima para assinalar a alternativa correta. a) Na fase 1 do congelamento, as moléculas dos espermatozoides possuem maior calor do que na fase 3. b) A energia térmica das moléculas dos espermatozoides é menor na fase 1 do congelamento do que na fase 2. c) De acordo com o texto, os espermatozoides são congelados até o zero absoluto que ocorre na fase 3 do congelamento. d) As moléculas do espermatozoide estão em maior vibração na fase 3 do congelamento rápido do que na fase Por decisão da Assembleia Geral da Unesco, realizada em dezembro de 2013, a luz e as

4 tecnologias nela baseadas serão celebradas ao longo de 2015, que passará a ser referido simplesmente como Ano Internacional da Luz. O trabalho de Albert Einstein sobre o efeito fotoelétrico (1905) foi fundamental para a ciência e a tecnologia desenvolvidas a partir de 1950, incluindo a fotônica, tida como a tecnologia do século 21. Com o intuito de homenagear o célebre cientista, um eletricista elabora um inusitado aquecedor conforme mostra a figura abaixo. Esse aquecedor será submetido a uma tensão elétrica de 120V, entre seus terminais A e B, e será utilizado, totalmente imerso, para aquecer a água que enche completamente um aquário de dimensões 30 cm50 cm 80 cm. Desprezando qualquer tipo de perda, supondo constante a potência do aquecedor e considerando que a distribuição de calor para a água se dê de maneira uniforme, determine após quantas horas de funcionamento, aproximadamente, ele será capaz de provocar uma variação de temperatura de 36 F na água desse aquário. Adote: Pressão atmosférica 1atm 3 Densidade da água 1g / cm 1 1 Calor específico da água 1cal g C 1cal 4,2 J a) 1,88 b) 2,00 c) 2,33 d) 4,00 = resistor de 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) Deseja-se aquecer 1,0 L de água que se encontra inicialmente à temperatura de 10 C

5 até atingir 100 C sob pressão normal, em 10 minutos, usando a queima de carvão. Sabendose que o calor de combustão do carvão é 6000 cal / g e que 80% do calor liberado na sua queima é perdido para o ambiente, a massa mínima de carvão consumida no processo, em gramas, e a potência média emitida pelo braseiro, em watts, são: a) 15 ; 600 b) 75 ; 600 c) 15 ; 3000 d) 75 ; Em um calorímetro ideal, misturam-se certa massa de água no estado sólido (gelo) com certa massa de água no estado líquido. O comportamento da Temperatura (T) em função da Quantidade de Calor (Q) para essa mistura é representado no gráfico. Sabe-se que esse conjunto está submetido à pressão de 1atm, que o Calor Latente de Fusão do gelo é LF 80 cal g, que o Calor Específico do Gelo é cgelo 0,5 cal g C e que o Calor Específico da água é cágua 1cal g C. Qual é a massa de água no estado líquido no equilíbrio térmico? a) 50 g b) 100 g c) 150 g d) 300 g 14. 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. 15. 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

6 e) Um ciclista decide pedalar pela cidade e leva uma garrafa térmica para fazer sua hidratação adequada. Querendo beber água gelada ao final de um longo treino, o ciclista coloca inicialmente 200 g de água a 25 C e 400 g de gelo a 25 C. Supondo que a garrafa seja fechada hermeticamente, que não haja trocas de energia com o ambiente externo e que o equilíbrio térmico tenha sido atingido, o ciclista ao abrir a garrafa encontrará: Dados: o calor específico da água e do gelo é igual a Cágua Cgelo 0,5cal / g C, respectivamente. O calor latente da água é igual a L 80cal / g. a) apenas gelo a 0 C. b) apenas água a 0 C. c) mais gelo que água. d) mais água que gelo. e) apenas água. 1cal / g C e 17. 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) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 25 C e 0,15 L de água a 15 C. Desprezando trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em C, é: a) 15 b) 19 c) 21 d) 25 e) 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. 20. O gelo, ao absorver energia na forma de calor, pode ser transformado em água e, na sequência, em vapor. O diagrama de mudança de fases, abaixo, ilustra a variação da temperatura em função da quantidade de calor absorvida, para uma amostra de 200 g de gelo.

7 Com relação às mudanças de fase desta amostra de gelo, analise as proposições. I. A temperatura do gelo variou linearmente ao longo de todo processo de mudanças de fase. II. A amostra de gelo absorveu cal para se transformar em água a 0 C. III. A amostra de gelo absorveu 3000 cal para se transformar em água a 0C e cal até atingir 100 C. IV. Durante o processo de vaporização foi absorvida uma quantidade de calor 6,75 vezes maior que durante o processo de fusão. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. d) Somente a afirmativa III é verdadeira. e) Somente a afirmativa II é verdadeira. 21. A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto. INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos 4,2 g Proteínas 3g Gorduras totais Gorduras saturadas Gordura trans Fibra alimentar Sódio 7,3 g 1,5 g 0g 1g 45 g Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a: a)

8 b) c) d) e) A água de uma piscina tem 2,0 m de profundidade e superfície com intensidade da radiação solar absorvida pela água dessa piscina for igual a 2 50 m de área. Se a W/m, o tempo, em horas, para a temperatura da água subir de 20 C para 22 C, por efeito dessa radiação, será, aproximadamente, igual a: 3 Dados: densidade da água 1g / cm ; calor específico da água 1cal / g C; 1cal 4 J. a) 0,8 b) 5,6 c) 1,6 d) 11 e) 2,8 23. 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) Uma resistência de 440 Ω utilizada por um aquecedor está conectada a uma tomada de 220 V de tensão. Sabendo que o aquecedor deve elevar a temperatura do ar de uma sala de dimensões 2,0 m2,0m 2,5m em 6,0 C, determine por quanto tempo aproximadamente o aquecedor deve permanecer ligado. Considere que as paredes são termicamente isolantes. Dados: o calor específico e a densidade do ar da sala são iguais a 1,0kJ(kg K) e respectivamente. a) 1 min 3 1,1kg / m,

9 b) 6 min c) 10 min d) 220 min e) 360 min 25. Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve testar o funcionamento de seu recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a 20 C. Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por 40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kwh é igual a R$ 0,28, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento. a) 0,50 b) 0,40 c) 0,30 d) 0,20 e) 0, 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, Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura. Tipo de selo Variação de temperatura A menor que 10% B entre 10% e 25% C entre 25% e 40% D entre 40% e 55% E maior que 55% Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 C e outra a 40 C, na proporção de um terço

10 de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16 C. Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada? a) A b) B c) C d) D e) E 28. 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. 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. 29. 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 30. Em um chuveiro elétrico, submetido a uma tensão elétrica constante de 110 V, são dispostas quatro resistências ôhmicas, conforme figura abaixo.

11 Faz-se passar pelas resistências um fluxo de água, a uma mesma temperatura, com uma vazão constante de 1,32 litros por minuto. Considere que a água tenha densidade de 3 1,0 g / cm e calor específico de 1,0 cal / g C, que 1cal 4 J e que toda energia elétrica fornecida ao chuveiro seja convertida em calor para aquecer, homogeneamente, a água. Nessas condições, a variação de temperatura da água, em C, ao passar pelas resistências é: a) 25 b) 28 c) 30 d) A primeira coisa que o vendedor de churros providencia é o aquecimento dos 4 litros de óleo de fritura que cabem em sua fritadeira. A partir de 20 ºC, levam-se 12 minutos para que a temperatura do óleo chegue a 200 ºC, aquecimento obtido por um único queimador (boca de fogão), de fluxo constante, instalado em seu carrinho. Admitindo que 80% do calor proveniente do queimador seja efetivamente utilizado no aquecimento do óleo, pode-se determinar que o fluxo de energia térmica proveniente desse pequeno fogão, em kcal/h, é, aproximadamente: Dados: densidade do óleo = 0,9 kg/l e calor específico do óleo = 0,5 cal/(g.ºc) a) b) c) d) e) Um corpo de alumínio e outro de ferro possuem massas m Al e m Fe respectivamente. Considere que o calor específico do alumínio é o dobro do calor específico do ferro. Se os dois corpos, ao receberem a mesma quantidade de calor Q, sofrem a mesma variação de temperatura T, as massas dos corpos são tais que: a) m Al = 4m Fe. b) m Al = 2m Fe. c) m Al = m Fe. d) m Al = m Fe /2. e) m Al = m Fe / Paulo comprou um aquecedor elétrico, de especificações W 220 V, provido de um reservatório de volume 100 litros. Seu rendimento é 80 %. Estando completamente cheio com água e ligado corretamente, o tempo necessário para se aquecer essa água de 20 ºC é: Dados: massa específica da água = 1 g/cm 3 ; calor específico da água = 1 cal/(g.ºc) e 1 cal = 4,2 J a) 15 minutos b) 28 minutos c) 35 minutos

12 d) 45 minutos e) 90 minutos 34. No gráfico abaixo, onde é mostrada a temperatura T em função do tempo, são representados os processos de resfriamento de três materiais diferentes de massas iguais. Os materiais foram colocados em um congelador que pode extrair suas energias a uma certa taxa constante. Analisando o gráfico e sabendo que o resfriamento de cada material começou no estado líquido e terminou no estado sólido, é correto afirmar que: a) a temperatura do ponto de fusão do material 2 é menor do que a temperatura do ponto de fusão do material 3. b) o calor latente de fusão do material 1 é maior do que o calor latente de fusão do material 2. c) o calor específico no estado sólido do material 2 é maior do que o calor específico no estado sólido do material 1. d) o calor específico no estado líquido do material 3 é maior do que o calor específico no estado líquido do material Uma quantidade de água líquida de massa m = 200 g, a uma temperatura de 30 C o, é colocada em uma calorímetro junto a 150 g de gelo a 0 C o. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é c a = 1,0 cal/(g. C o ) e o calor latente de fusão do gelo é L = 80 cal/g, calcule a temperatura final da mistura gelo + água. a) 10 C o b) 15 C o c) 0 C o d) 30 C o e) 60 C o 36. Um estudante, no laboratório de Física de sua escola, forneceu calor a um corpo de massa 50 g, utilizando uma fonte térmica de potência constante. Com as medidas obtidas, construiu o gráfico ao lado, que representa a quantidade de calor Q recebida pelo corpo em função de sua temperatura t. Analisando o gráfico, pode-se afirmar que o calor específico, no estado sólido e o calor latente de vaporização da substância que constitui o corpo, valem, respectivamente,

13 a) 0,6 cal/(g.ºc) e 12 cal/g b) 0,4 cal/(g.ºc) e 12 cal/g c) 0,4 cal/(g.ºc) e 6 cal/g d) 0,3 cal/(g.ºc) e 12 cal/g 37. Duelo de Gigantes: O rio Amazonas é o maior rio do mundo em volume d'água com uma vazão em sua foz de, aproximadamente, 175 milhões de litros por segundo. A usina hidroelétrica de Itaipu também é a maior do mundo, em operação. A potência instalada da usina é de 12,6 X 10 9 W. Suponha que toda essa potência fosse utilizada para aquecer a água que flui pela foz do rio Amazonas, sem que houvesse perdas de energia. Dados: calor específico da água c = 1,0 cal/g C densidade da água = 1,0 g/cm 3 1 cal = 4,2 Joules Nesse caso, qual a ordem de grandeza correspondente a variação de temperatura dessa água, grau Celsius? a) 10-2 b) 10-1 c) 10 0 d) 10 2

14 Gabarito: Resposta da questão 1: [A] Para esta questão, vale lembrar que existem dois tipos de calor: sensível e latente. O calor sensível é aquele fornecido à algum material de forma a variar a sua temperatura. Já o calor latente é o calor fornecido à um material para que ocorra a mudança de estado físico do material. Durante esta etapa de mudança de estada, não há variação de temperatura. Diante disto, fica fácil observar que a resposta correta é o gráfico mostrado na alternativa [A]. No primeiro momento, a água é resfriada até uma temperatura de 0 C. Após isto, passa pela etapa de solidificação, onde a temperatura permanece constante. Por fim, o gelo continua a resfriar até que atinja o equilíbrio térmico com a temperatura do freezer ( 18 C). Resposta da questão 2: Análise das afirmativas: [I] Verdadeira. O aquecimento começa no estado sólido, representado pelo trecho a, sendo que na primeira mudança de inclinação da curva, temos atingido a temperatura de fusão que registra 30 C no gráfico. [II] Verdadeira. O calor específico da substância no estado sólido pode ser calculado no trecho a, sendo o mesmo constante neste intervalo, correspondendo a: Q 1200 J J c c c 400 m ΔT 0,1kg30ºC kg ºC [III] Falsa. No trecho b temos a mudança de fase chamada fusão, que representa a mistura dos estados físicos sólido e líquido juntos em todo o trecho, desde o aparecimento da primeira gota de líquido até a fusão do último pedaço de sólido. Resposta da questão 3: [B] Observação: Note que a unidade para a capacidade térmica está errada no enunciado, pois esta não depende da massa. A unidade fornecida é a de calor específico. A resolução do exercício é direta, pois se o leite necessita de uma menor quantidade de energia para variar sua temperatura em uma unidade, logo o seu equilíbrio térmico com o ambiente irá acontecer mais rapidamente. Portanto, a alternativa correta é a [B]. Analisando as demais assertivas: [A] INCORRETA. Se a capacidade térmica do leite é menor que o da água e a massa é a mesma para ambos, logo o calor específico do leite também será menor que o da água. Lembrando que a relação entre estas duas grandezas é dada por: C m c Onde, C Capacidade Térmica c Calor Específico INCORRETA. Pois se a água tem temperatura inicial de 15 C e ao atingir o equilíbrio térmico terá temperatura de 21 C não haverá transição de fase. [D] INCORRETA. A energia térmica é diretamente proporcional a temperatura. Logo, as energias térmicas do leite e da água são iguais.

15 Resposta da questão 4: Do enunciado, temos que: CA CB cb 6 ca 5 ma mb 100 Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C m c Podemos então dizer que: C C A B 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 5: [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 Assim, 210 η 250 η 84 % Resposta da questão 6: [A]

16 Δθ Δθ Qcafé Qleite 0 m c m c café leite T T T 240 T T 260 T 65 C. Resposta da questão 7: Combinando as equações da energia cinética e do calor sensível: Q mc Δθ 2 mv E c m v v 144,75 m c Δθ Δθ Δθ 2,5 C. 2 2c Mas, ΔθF Δθ C ΔθF 2,5 ΔθF 4,5 F Resposta da questão 8: 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 9: [B] Análise das alternativas falsas: [A] Falsa. O calor é uma forma de energia térmica em trânsito de um corpo com maior temperatura para um corpo de menor temperatura. O termo correto seria energia térmica ao invés de calor. Falsa. O zero absoluto de temperatura é 273,15 C. [D] Falsa. A vibração das moléculas de um sistema estão diretamente relacionados com a temperatura, portanto o estado vibracional na fase 3 de congelamento é o menor de todos. Resposta da questão 10:

17 Para calcular a potência do aquecedor, é preciso descobrir qual a resistência do mesmo. É preciso notar que diversos resistores não estão funcionando de fato, restando somente os resistores conforme figura abaixo. Como podemos ver, todos os resistores (12 no total) estão ligados em série, e cada um deles tem o valor de 1 Ω. Assim, Req 12 Ω Desta forma, a potência fornecida pelo aquecedor é de: 2 2 U 120 P P 1200 W Req 12 Agora é preciso descobrir quanto de energia é necessária para aquecer a quantidade de água dada no enunciado, de forma a se ter uma variação de temperatura de 36 F. Para tal, utiliza-se a equação do calor sensível: Q mc ΔT Onde, m é a massa de água, c é o calor específico da água e em Celsius. Assim, a massa é dada por: m Vt dh O m m g E a variação de temperatura em Celsius é: ΔTc ΔT f ΔTc 9 ΔT 20 C c Logo, Q Q 2,4 10 cal ou 6 Q 2,4 10 4,2 Q J Δ T a variação de temperatura Logo, a energia necessária é de Joules para aquecer a água de forma a variar a temperatura conforme pedido no enunciado. Assim, utilizando o valor de potência calculado, podemos precisar o tempo necessário para aquecer a água conforme pedido no enunciado. E P t t t 8400 s ou t 2,33 horas

18 Resposta da questão 11: [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: P U i Temos então a energia elétrica do ferro: 60 s E Ui 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 g1 g C 1 cal Resposta da questão 12: [D] O calor necessário Q nec para aquecer a água será dado pelo calor sensível: Qnec mc ΔT 1000 g1 cal / gc C nec 4 Q 9 10 cal Como somente 20% do calor fornecido pela combustão do carvão Qnec 0,2 Qforn cal 5 Qforn 4,5 10 cal 0,2 Q forn representa o Q nec : Logo, a massa de carvão será dada pela razão entre a quantidade total de calor emitida pela combustão e o calor de combustão por grama de carvão. 5 4,5 10 cal m 75 g 6000 cal / g Para o cálculo da potência, devemos transformar as unidades para o sistema internacional:

19 5 4J 4,5 10 cal Q 5 forn 1 cal J P 3000 W Δt 60 s 600 s 10 min 1min Resposta da questão 13: Seja Q o módulo da quantidade de calor trocada entre o gelo de 80 C até 40 C. Do gráfico, Q cal. Calculando as massas iniciais de água (m 1) e gelo (m 2) : Água : Q m1 c a Δθa m m1 100 g. Gelo : Q m2 c g Δθg m2 0, m2 200 g. A massa de gelo que funde (m') é a que recebeu Q' cal. Q' m' L f m' 80 m' 50 g. A massa de água (m) no equilíbrio térmico é: m m1 m' m 150 g. 40 C até 0C e a água de Resposta da questão 14: [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 15: [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 16: A troca térmica é realizada entre a água e o gelo, devido não haver troca com o meio externo. Com isso a água vai esfriando enquanto que o gelo se aquece. O equilíbrio térmico se estabelece quando não houver mais diferença de temperatura.

20 Então Q 0 Q1Q2 0 Analisando o resfriamento da água até o ponto de congelamento: Q1 m1 c1 ΔT1 cal Q1 200g1 0C 25C 5000cal gc O aquecimento do gelo até o ponto de fusão: Q2 m2 c2 ΔT2 cal Q1 400g 0,5 0C 25C 5000cal gc Temos aqui o equilíbrio térmico atingido: Q1Q2 0 Como o sistema não troca calor com o meio externo, conclui-se que terá mais gelo do que água devido à impossibilidade de mudança de fase pela necessidade de mais calor. Como o sistema continua tendo mais gelo que água, ele continua assim. Resposta da questão 17: A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele. Q latente Q v v p sensível m L m c ΔT ,6 g cal / g mv Lv ΔT 3 40C mp c 5 g1 cal / g C Resposta da questão 18: [B] O equilíbrio térmico para um sistema isolado é dado pela somatória dos calores sendo igual a zero, pois o calor é trocado entre os dois volumes de água no sentido da maior para a menor temperatura. Q 0 Como não há mudança de estado físico, os calores são sensíveis: Q mc ΔT Considerando que a densidade nas amostras de água são as mesmas, podemos representar a massa de cada uma como sendo o seu volume. Q1 Q2 0 Q1 Q2 m1 c ΔT1 m2 c ΔT2 0,10 T 25 0,15 T 15 0,10 T 2,5 0,15T 2,25 0,25 T 4,75 T 19C

21 Resposta da questão 19: [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 20: [B] Análise das afirmativas: [I] Falsa. Durante o processo de fusão, de acordo com o gráfico, a temperatura não varia, mas antes de chegar à temperatura de fusão o gelo sofre um aquecimento para se atingir esse ponto. [II] Verdadeira. O calor total absorvido pelo gelo até a sua fusão total é calculado somando-se o calor sensível de 30 C até 0C com o calor latente de fusão: Qtotal Qsensível Qfusão Qtotal m c ΔT m Lfus cal cal Qtotal 200 g 0,5 0C 30C 200 g 80 g C g Qtotal 3000 cal calqtotal cal [III] Falsa. Sendo a primeira parte da afirmação falsa, toda a afirmativa também é falsa, pois a amostra de gelo absorveu cal para se tornar água a 0C como vimos anteriormente. [IV] Verdadeira. A quantidade de calor necessário para a ebulição deve-se comparar com a quantidade de calor necessário para a fusão, visto na afirmativa [II]: Qvaporização m Lvap cal Qvaporização 200 g540 Qvaporização cal g Fazendo a razão dos dois valores, temos: Qvaporização cal 6,75 Qfusão cal Sendo assim, a alternativa [B] é a correta. Resposta da questão 21: [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E kcal E cal. Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos: 0,6 E 0, Q m c Δθ 0,6 E m c Δθ m c Δθ m g.

22 Resposta da questão 22: [B] Dados: I 800 W/m ; A 50 m ; h 2 m; d 1 g/cm 10 kg/m ; 1 cal 4 J; c 1 cal/g C 4 J/g C; Δθ C. Calculando a massa de água: V A h m m d m d A h kg m 10 g. d Ah V Calculando a potência absorvida: P 4 I P I A P 4 10 W. A Aplicando a definição de potência e a equação do calor sensível: Q 8 4 P Q PΔt mcδθ Δt PΔt m c Δθ Δt 2 10 s h P Q m c Δθ Δt 5,6 h. Resposta da questão 23: [E] Q m c Δθ 300 0,09 2 Q 54 cal. Resposta da questão 24: Dados : 3 3 Δθ 6 C 6 K; V 2,0 2,0 2,5 10 m ; d 1,1 kgm ; 3 c 1 kj/kg K 10 J/kg K. Aplicando a equação do calor sensível associada à da potência elétrica dissipada num resistor: 2 U RdVcΔθ Q m c Δθ PΔt d Vc Δθ Δt d Vc Δθ Δt R 2 U , Δt Δt 600 s min Δt 10 min. Resposta da questão 25: [D] São dados da questão:

23 1cal 4,2 J c 1,0 cal g C L 540 cal g d 1kg L 6 1kWh 3,6 10 J Para ser possível calcular o custo da energia, primeiramente temos que saber quanto de energia foi utilizada. Como é dito para desconsiderar as perdas, a energia utilizada é igual ao calor que aqueceu a água e posteriormente a vaporizou. Assim, Q Q Q t 1 2 Qt m c ΔT ml Qt Qt Qt 620 kcal ou Qt 4,2 620 kj Qt 2604 kj 6 Como 1kWh 3,6 10 J, 6 6 1kWh 3,6 10 J x 2, J 2, x 6 3,6 10 x 0,72 kwh Assim, Custo 0,28 0,72 Custo R$ 0,20 6 Resposta da questão 26: 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 27: [D] m 2m Dados: m 1 ; T1 10 C; m 2 ; T2 40C; Tf 16 C. 3 3 Desprezando a capacidade térmica da garrafa, pela equação do sistema termicamente isolado calculamos a temperatura de equilíbrio (T e ) :

24 QI 0 Qágua Q 1 água 0 m 2 1c Te T1 m 2 c Te T2 0 m 2m c T e 10 c T e 40 0 T e 10 2T e 80 T e 30 C. 3 3 O módulo da variação de temperatura é: ΔT Tf Te ΔT 14 C. Calculando a variação percentual (x%) : ΔT 14 x x 46,7%. % % Te 30 Resposta da questão 28: [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 29: 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 30: [A] Cálculo da Resistência equivalente do circuito: Temos um circuito em paralelo com duas resistências de 11 Ω. 11 R Ω 2 A potência elétrica do chuveiro é dada por: 2 U P R Mas a potência também é a razão da energia pelo tempo:

25 E P t A energia é dada pelo calor sensível: E mc ΔT Juntando as equações: 2 m c ΔT U t R Isolando a diferença de temperatura e substituindo os valores fornecidos no SI, temos: 2 2 U t ΔT ΔT ΔT 25C m c R , Resposta da questão 31: [E] Dados: d = 0,9 kg/l; c = 0,5 cal/(g. C; V = 4 L; t = 12 min; = 80% = 0,8; T = (200 20) = 180 C Da expressão da densidade: d = m V m = d V = 0,9 (4) = 3,6 kg = g. Da expressão do calor sensível: Q = m c T Q = (0,5) (180) = cal. O fluxo de energia útil é: Q U = cal/min = cal/h = kcal/h; t 12 Considerando o rendimento de 80%, temos: = U ,8 = T T T 0,8 T = kcal/h kcal/h. Resposta da questão 32: [D] Dados: Q Al = Q Fe ; c Al = 2 c Fe ; T Al = T Fe = T. Q Al = Q Fe m Al c Al T = m Fe c Fe T m Al 2 c Fe = m Fe c Fe m Al = m Fe 2 Resposta da questão 33: Dados: V = 100 L m = 100 kg; c = 1 cal/g. C = 4,2 J/g. C = 4200 J/kg. C e T =20 C. Quantidade de calor necessária no aquecimento: Q = m c T = 100(4200)(20) = J. Potência útil: P U = 0,8(5000) = 4000 W = J/s. 5 Q Q PU t 2100 s = 35 min. 3 t P 410 U Resposta da questão 34:

26 As massas (m) as potências (P) são iguais. Pelo gráfico, vê-se que as temperaturas de fusão (T) obedecem à desigualdade: T l > T 2 > T 3. Para o calor latente (Q L ) temos: QL m L P t t P Analisando essa expressão, vemos que o material de maior calor específico latente é o que apresenta maior tempo de fusão: L 2 > L 3 > L 1. QS m c T P P P T t. t t m c Por essa expressão, vemos que o material de maior calor específico sensível (c) é aquele que apresenta menor variação de temperatura com o tempo (a reta que apresenta menor coeficiente angular). Podemos também assim pensar: a unidade de calor específico é cal/g. C. Isso significa que, quanto maior o calor específico, mais calor é necessário para que a temperatura varie de 1 C, por unidade de massa. Ou seja, o calor específico sensível é uma espécie de resistência à variação de temperatura. Portanto, o material de maior calor específico sensível é aquele que tem sua temperatura variando mais lentamente. Assim: c 2 > c 1 > c 3. Resposta da questão 35: Dados: m ág = 200 g; m gelo = 150 g; T 0 = 30 C; c ág = 1 cal/g. C; L gelo = 80 cal/g. Nesse tipo de problema, envolvendo gelo e água, precisamos sempre verificar se, no equilíbrio térmico, sobra gelo ou se há fusão total. Para isso, temos que comparar o calor latente necessário para fusão do gelo (Q gelo ) com o calor sensível liberado pela água (Q água ) até 0 C. Assim: Q gelo = m gelo L gelo = 150 (80) Q gelo = cal. Q água = m ág c ág T = 200 (1) (0 30) Q água = cal ( o sinal negativo indica apenas que houve liberação de calor) Comparando essas quantidades de calor (em módulo), verificamos que a quantidade de calor necessária para fundir o gelo ( cal) é menor que a quantidade de calor liberada pela água (6.000 cal apenas metade da necessária). Portanto, apenas metade da massa de gelo se funde e a temperatura de equilíbrio térmico é 0 C. Resposta da questão 36: [B] Resposta da questão 37: [A]