Lista Básica Calor Sensível e Calor Latente Professor Caio Gomes

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1 1. (Eear 2017) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 C. Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será: Dados: calor de fusão do gelo 80 cal g C a) 40 b) 400 c) d) (Eear 2017) Em uma panela foi adicionada uma massa de água de 200 g à temperatura de 25 C. Para transformar essa massa de água totalmente em vapor a 100 C, qual deve ser a quantidade total de calor fornecida, em calorias? (Considere calor de transição do vapor L = 540 cal/g e o calor específico da água c 1cal g C). a) b) c) d) TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândia paralisaram aeroportos em vários países da Europa. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois contêm materiais que se fixam nas pás de saída, causando problemas no funcionamento do motor a jato.. (Unicamp 2011) Considere que o calor específico de um material presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g 0 C. Supondo que esse material entra na turbina a 20 0 C, a energia cedida a uma massa m = 5g do material para que ele atinja uma temperatura de C é igual a a) 220 J. b) 1000 J. c) 4600 J. d) 600 J. 4. (Unesp 2011) Uma bolsa térmica com 500 g de água à temperatura inicial de 60 ºC é empregada para tratamento da dor nas costas de um paciente. Transcorrido um certo tempo desde o início do tratamento, a temperatura da água contida na bolsa é de 40 ºC. Considerando que o calor específico da água é 1 cal/(g.ºc), e supondo que 60% do calor cedido pela água foi absorvido pelo corpo do paciente, a quantidade de calorias recebidas pelo paciente no tratamento foi igual a a) b) c) d) e) (G1 - ifce 2016) Um corpo de massa igual a 80 gramas é aquecido e sua temperatura sobe de 10 C para 40 C. O valor do calor específico da substância que constitui o corpo é de 0,4 cal g C. Nestas condições, a quantidade de calor que o corpo recebe, em kcal, vale a) 1,8. b) 1,6. Página 1 de 1

2 c) 1,4. d) 1,2. e) 2,0. 6. (Uerj 2017) O gráfico abaixo indica o comportamento térmico de 10 g de uma substância que, ao receber calor de uma fonte, passa integralmente da fase sólida para a fase líquida. O calor latente de fusão dessa substância, em cal g, é igual a: a) 70 b) 80 c) 90 d) (Pucpr 2016) 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) Página 2 de 1

3 c) d) e) 8. (Fuvest 2010) Energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO), aumentando sua temperatura de 00ºC para 550ºC, fazendo-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 00ºC. Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de gasolina, necessita-se de uma massa de NaNO igual a Dados: Poder calórico da gasolina =, J/L Calor específico do NaNO = 1,2 10 J/Kg ºC a) 4,2 kg. b) 120 kg. c) 240 kg. d) 10 4 kg. e), kg. 9. (Pucmg 2016) A tabela mostra o calor específico de três materiais. Material C (cal g C) Alumínio 0,20 Cobre 0,080 Ferro 0,10 Considere três baldes com dimensões iguais e construídos com esses materiais. Os recipientes com a mesma massa e temperatura foram pintados de preto e colocados ao sol. Após certo tempo, é CORRETO afirmar: a) Os recipientes estarão na mesma temperatura, pois receberam igual quantidade de calor. Página de 1

4 b) O recipiente de alumínio vai apresentar maior temperatura. c) O recipiente de cobre vai apresentar maior temperatura. d) Os recipientes vão apresentar temperaturas crescentes na seguinte ordem: cobre, alumínio e ferro. 10. (Mackenzie 2016) Um recipiente de capacidade térmica desprezível contém 100 g de gelo à temperatura de 10,0 C. O conjunto é aquecido até a temperatura de 10,0 C através de uma fonte térmica que fornece calor à razão constante de cal min Dados: calor específico do gelo: cg 0,50 cal g C calor específico da água: ca 1,0 cal g C calor latente de fusão do gelo: Lf 80 cal g A temperatura do conjunto ( θ ) em função do tempo (t) de aquecimento é melhor representado por a) b) Página 4 de 1

5 c) d) e) 11. (Pucrj 2016) Uma quantidade de 750 ml de água a 90 C é paulatinamente resfriada até chegar ao equilíbrio térmico com o reservatório que a contém, cedendo um total de 10 kcal para esse reservatório. Sobre a água ao fim do processo, é correto afirmar que Considere: calor específico da água líquida cágua calor específico do gelo cgelo calor latente de solidificação da água 0,55 cal g C 1,0 cal g C CL densidade da água líquida ρágua 1,0 g ml a) a água se encontra inteiramente em forma de gelo. b) a água se encontra a uma temperatura de 0 C. c) a água se encontra inteiramente em estado líquido. d) a temperatura final da água é de 4 C. e) há uma mistura de gelo e água líquida. 12. (Unesp 2015) A energia contida nos alimentos 80 cal g 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. Página 5 de 1

6 INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos Proteínas Gorduras totais Gorduras saturadas Gordura trans Fibra alimentar Sódio 4,2 g g 7, g 1,5 g 0 g 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) b) c) d) e) (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 0 C 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 14. (Unifesp 201) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100g. Página 6 de 1

7 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. 15. (Upe-ssa ) Um aprendiz de cozinheiro colocou 1,0 litro de água em temperatura ambiente (25 C) numa panela sem tampa e a deixou aquecendo em um fogão elétrico, sobre uma boca de potência de W. Considerando-se que toda a energia fornecida pela boca é absorvida pela água, qual o tempo mínimo aproximado em que toda a água evapora? Dados: calor latente de vaporização da água calor específico da água densidade da água a) 18,2 min b) 21,4 min c) 6,0 min d) 42,7 min e) 5,8 min 4,2 kj kg C kg m kj kg 16. (Unesp 2010) As pontes de hidrogênio entre moléculas de água são mais fracas que a ligação covalente entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio. No entanto, o número de ligações de hidrogênio é tão grande (bilhões de moléculas em uma única gota de água) que estas exercem grande influência sobre as propriedades da água, como, por exemplo, os altos valores do calor específico, do calor de vaporização e de solidificação da água. Os altos valores do calor específico e do calor de vaporização da água são fundamentais no processo de regulação de temperatura do corpo humano. O corpo humano dissipa energia, sob atividade normal por meio do metabolismo, equivalente a uma lâmpada de 100 W. Se em uma pessoa de massa 60 kg todos os mecanismos de regulação de temperatura parassem de funcionar, haveria um aumento de temperatura de seu corpo. Supondo que todo o corpo é feito de água, em quanto tempo, aproximadamente, essa pessoa teria a temperatura de seu corpo elevada em 5 ºC? Dado: calor específico da água 4,2 x 10 J/kg ºC. a) 1,5 h. b) 2,0 h. c),5 h. d) 4,0 h. e) 5,5 h. Página 7 de 1

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9 Gabarito: Resposta da questão 1: [D] Q m L Q Q cal Resposta da questão 2: ANULADA Questão anulada no gabarito oficial. A questão foi anulada, pois não forneceu o valor do calor latente de vaporização da água. Caso a questão fornecesse este dado, a resposta correta seria [D]. L 540 cal g Q m c Δθ m L Q Q cal Resposta da questão : [D] Dados: m = 5 g; c = 0,8 J/g C; = [880 (-20)] = 900 C. Da equação fundamental da calorimetria: Q = m c = (5) (0,8) (900) Q =.600 J. Resposta da questão 4: [C] ΔQ 0,6mcΔθ 0,6x500x1x cal. Resposta da questão 5: [B] Da equação do calor sensível: Q mc Δθ 80 0, cal Q 1,6kcal. Resposta da questão 6: [A] Q Q m L L L L 70 cal g m 10 Página 9 de 1

10 Resposta da questão 7: [A] Para esta questão, vale lembrar que existem dois tipos de calor: sensível e latente. O calor sensível é aquele fornecido a algum material de forma a variar a sua temperatura. Já o calor latente é o calor fornecido a um material para que ocorra a mudança de estado físico do material. Durante esta etapa de mudança de estado, 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 8: [B] Q = m c T m = 7 Q,6 10 m 120 kg. c T 1,2 10 (550 00) Resposta da questão 9: [C] Como o calor recebido pelos corpos é idêntico, terá maior variação de temperatura o material com menor calor específico, ou seja, o de cobre. QA QCu QFe Aplicando o calor sensível: Q mc ΔT m c ΔT m c ΔT m c ΔT A A A Cu Cu Cu Fe Fe Fe Como as massas são iguais: ca ΔTA ccu ΔTCu cfe ΔTFe 0,20 ΔTA 0,080 ΔTCu 0,10 ΔTFe Isolando a temperatura do cobre: ΔTCu 2,5 ΔTA 1,25 ΔTFe Resposta da questão 10: [A] A resolução desta questão envolve cálculos de calor sensível e calor latente, bem como da potência associada a cada mudança de estado para determinar o tempo necessário e assim, construir o gráfico da temperatura pelo tempo de aquecimento. - Aquecimento do gelo até o ponto de fusão - calor e tempo associados: cal Q1 m cg ΔT Q1 100 g 0, C Q1 500 cal g C Q Q 500 cal P t t t 0,5 min Δ 1 Δ 1 1 Δ 1 Δ 1 t1 P 1000 cal min - Fusão do gelo calor e tempo associados: Página 10 de 1

11 cal Q2 m Lf Q2 100 g 80 Q cal g Q Q 8000 cal P t t t 8 min Δt P 1000 cal min 2 Δ 2 2 Δ 2 Δ Aquecimento da água até 10 C calor e tempo associados: cal Q m ca ΔT Q 100 g 1, C Q 1000 cal g C Q Q 1000 cal P t t t 1min Δt P 1000 cal min Δ Δ Δ Logo, o gráfico que melhor representa este aquecimento é: Portanto, apesar de alguns pontos não estar precisamente indicados, o melhor gráfico é o da alternativa [A]. Resposta da questão 11: [A] Q m c Δθ Q (90 0) Q1 65,5 10 cal Q1 65,5 kcal Q2 m L Q Q cal Q2 60 kcal O enunciado diz que a água cedeu 10 kcal, que é maior que o gasto de Q1 Q2 até solidificar totalmente. Portanto a temperatura final da água é menor que 0 C, encontrando-se inteiramente em forma de gelo. Resposta da questão 12: [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. Página 11 de 1

12 Resposta da questão 1: [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 14: a) Dado: m = 100 g. Do gráfico: Qsól = (400 0) = 400 cal; Qlíq = ( ) = 400 cal. 400 c sól csól 0,1 cal /g C. Q Q m c Δθ c m Δθ 400 c líq clíq 0,2 cal /g C b) Do gráfico, a temperatura de fusão é 40 C. OBS.: a questão pede o calor latente de fusão, que é: Qfusão = ( ) = 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 fusão 4 cal/g C. Resposta da questão 15: [B] A energia calorífica total E é a soma do calor sensível Q 1 e do calor latente Q 2, bem como, da potência elétrica P do fogão multiplicada pelo tempo Δ t. E P Δt Q1 Q2 Cálculo do calor sensível para aquecimento da água até a ebulição: Sabendo que 1L de água é igual a 1kg de água, então: kj Q1 m c ΔT Q1 1kg 4, C Q1 15 kj kg C Cálculo do calor latente para a vaporização: kj Q2 m L Q2 1kg 2256 Q kj kg Calor total necessário para aquecimento e vaporização: E Q1 Q2 E E 2571kJ Tempo necessário para todo o processo: Página 12 de 1

13 E 2571 kj 2571kJ 1min E P Δt Δt Δt Δt 1285,5 s P 2000 W kj 60 s 2 s Δt 21,425 min Resposta da questão 16: [C] Dados: P = 100 W; m = 60 kg; c = 4,2 10 J/kg C; = 5 C. Da expressão de potência: Q Q m c 60 4, P t s t P P t h.600 t,5 h. Página 1 de 1