T.D. 04 CALORIMETRIA DATA: NOME: TURMA:

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1 NOME: T.D. 04 CALORIMETRIA TURMA: DATA: 01. Uma forma de gelo com água a 25 o C é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a 18 o 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) 02. 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: a) 250 b) 300 c) 500 d) 600 e) Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 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 2 o C 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 e) 33,6 04. Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido. I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por. III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por. Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são: a) condução, convecção e radiação. b) condução, radiação e convecção. c) convecção, condução e radiação. d) convecção, radiação e condução.

2 05. O estudo da calorimetria e das leis da termodinâmica nos dá explicações para vários fenômenos encontrados na natureza. Considere o seguinte texto que apresenta a explicação, do ponto de vista dessas áreas da Física, para a formação das nuvens: Quando uma porção de ar aquecido sobe, contendo água que acabou de da superfície, passa a estar submetida a uma pressão cada vez. A rápida variação na pressão provoca uma rápida expansão do ar junto com uma redução de seu/sua. Essa rápida expansão é considerada, isto é, sem troca de calor com sua vizinhança, porque ocorre muito rapidamente. O gás em expansão energia interna ao se expandir, e isso acarreta seu resfriamento até atingir uma temperatura na qual a quantidade de vapor de água é suficiente para saturar o ar naquele ponto e assim formar as nuvens. Assinale a alternativa que preenche as lacunas corretamente. a) evaporar, menor, temperatura, adiabática, perde. b) condensar, menor, volume, adiabática, ganha. c) evaporar, maior, temperatura, isotérmica, ganha. d) condensar, maior, volume, isobárica, perde. e) sublimar, menor, temperatura, isotérmica, ganha. 06. 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. 07. A panela de pressão permite que o cozimento dos alimentos ocorra mais rapidamente que em panelas comuns. Se, depois de iniciada a saída de vapor pela válvula, baixarmos o fogo, para economizar gás, o tempo gasto no cozimento a) aumenta, pois a temperatura diminui dentro da panela. b) diminui, pois a temperatura aumenta dentro da panela. c) aumenta, pois diminui a formação de vapor dentro da panela. d) não varia, pois a temperatura dentro da panela permanece constante. 08. 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 o 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. 09. Estudantes de uma escola participaram de uma gincana e uma das tarefas consistia em resfriar garrafas de refrigerante. O grupo vencedor foi o que conseguiu a temperatura mais baixa. Para tal objetivo, as equipes receberam caixas idênticas de isopor sem tampa e iguais quantidades de jornal, gelo em cubos e garrafas de refrigerante. Baseando-se nas formas de transferência de calor, indique a montagem que venceu a tarefa. a) b) c) d) e) 2

3 10. O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima. 11. O gráfico a seguir assinala a média das temperaturas mínimas e máximas nas capitais de alguns países europeus, medidas em graus Celsius. A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada. b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada. c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região. d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura. e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite. Considere a necessidade de aquecer 500 g de água de 0 o C até a temperatura média máxima de cada uma das capitais. Determine em quantas dessas capitais são necessárias mais de 12 kcal para esse aquecimento. Considere o calor específico da água igual a 1 cal/g. C. a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) Epagri confirma registro de neve em Palhoça. Houve registro do fenômeno também em Rancho Queimado, Alfredo Wagner e Angelina, na Grande Florianópolis. Os morros na região do Cambirela, em Palhoça, amanheceram com paisagem europeia nesta terça-feira. A neve que caiu na cidade pintou o topo de branco e chamou a atenção de moradores [...] Esta notícia, publicada no ClicRBS Diário Catarinense, em 23/07/2013, registra um evento que não ocorria há mais de 29 anos na região e que transformou a paisagem do Cambirela em um belíssimo cartão-postal. Neve é um fenômeno meteorológico em que ocorre a precipitação de flocos formados por pequenos cristais de gelo, ou seja, água na fase sólida. Com base no diagrama de fase da água apresentado e nas mudanças de fase da água, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. É fato que na pressão de 1,0 atm a água atinge a densidade máxima a 4 C e, à medida que sua temperatura se aproxima de 0 C, sua densidade 3

4 diminui. Este fato é consequência das ligações pontes de hidrogênio que surgem entre as moléculas de água, causando um aumento dos espaços entre as moléculas. 02. No ponto P T, que no diagrama de fase representa o ponto triplo, é possível encontrar a substância em uma das três fases da matéria de cada vez. 04. Quando uma substância no estado gasoso é liquefeita somente com o aumento da pressão, ela é classificada como vapor. 08. O processo de vaporização da água, passagem da fase líquida para a fase sólida, pode ocorrer de três maneiras: evaporação lento; ebulição muito rápido; calefação rápido. 16. A sensação de frio é maior quando a neve derrete do que quando ela se forma. Isto é explicado pelo fato de que a fusão é uma reação exotérmica, enquanto que a solidificação é uma reação endotérmica. 32. Sublimação é a mudança da fase sólida para a fase gasosa, sem passar pela fase líquida, somente com o aumento da pressão. 64. A curva de fusão/solidificação indica que, à medida que aumentamos a pressão sobre a substância água durante a mudança de fase, a temperatura de fusão/solidificação diminui. 13. A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em risco as diversas formas de vida aquática que dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura acontece por meios artificiais, dizemos que existe poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria natureza do processo de geração de energia, podem causar esse tipo de poluição. Que parte do ciclo de geração de energia das usinas nucleares está associada a esse tipo de poluição? a) Fissão do material radioativo. b) Condensação do vapor-d água no final do processo. c) Conversão de energia das turbinas pelos geradores. d) Aquecimento da água líquida para gerar vapor d água. e) Lançamento do vapor-d água sobre as pás das turbinas. 14. Com 77% de seu território acima de 300 m de altitude e 52% acima de 600 m, Santa Catarina figura entre os estados brasileiros de mais forte relevo. Florianópolis, a capital, encontra-se ao nível do mar. Lages, no planalto, varia de 850 a 1200 metros acima do nível do mar. Já o Morro da Igreja situado em Urubici é considerado o ponto habitado mais alto da Região Sul do Brasil. A tabela abaixo nos mostra a temperatura de ebulição da água nesses locais em função da altitude. Localidade Altitude em relação ao nível do mar (m) Temperatura aproximada de ebulição da água ( C) Florianópolis Lages (centro) Morro da Igreja Considere a tabela e os conhecimentos de termologia e analise as afirmações a seguir. I. Em Florianópolis os alimentos preparados dentro da água em uma panela comum são cozidos mais depressa que em Lages, utilizando-se a mesma panela. II. No Morro da Igreja, a camada de ar é menor, por consequência, menor a pressão atmosférica exercida sobre a água, o que implica em um processo de ebulição a uma temperatura inferior a Florianópolis. III. Se quisermos cozinhar em água algum alimento no Morro da Igreja, em uma panela comum, será mais difícil que em Florianópolis, utilizando-se a mesma panela. Isso porque a água irá entrar em ebulição e secar antes mesmo que o alimento termine de cozinhar. IV. Se quisermos cozinhar no mesmo tempo em Lages e Florianópolis um mesmo alimento, devemos usar em Florianópolis uma panela de pressão. Todas as afirmações corretas estão em: a) I - II - III b) I - II - IV c) II - III - IV d) III - IV 4

5 15. 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. 16. Considere estas informações: a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida; aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações. a) b) c) d) 17. Considere a superfície de um líquido aquecido no qual as moléculas escapem dessa superfície formando sobre ela uma camada de vapor. Parte das moléculas desse vapor, devido ao seu movimento desordenado, chocam-se com a superfície e retornam ao líquido. Com relação aos processos térmicos envolvidos na situação descrita acima, é CORRETO afirmar que a) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento na evaporação e uma diminuição na condensação. b) os processos de evaporação e condensação de vapor não ocorrem simultaneamente. c) próximo à superfície da substância líquida, tanto a vaporização quanto a condensação ocorrem mediante trocas de energia entre a substância e o meio no qual a substância se encontra. d) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento tanto na evaporação quanto na condensação. 18. Quando aquecemos água em nossas casas utilizando um recipiente aberto, sua temperatura nunca ultrapassa os 100 o C. Isso ocorre porque: a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua capacidade de absorver calor. b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder exatamente a mesma quantidade de calor que está recebendo, mantendo assim sua temperatura constante. c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura constante. d) ao atingir essa temperatura, a água começa a expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos. 19. Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo. 5

6 Marque a opção que descreve o que acontece a seguir. a) A bola de metal esfria mais rápido e derrete mais gelo. b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete menos gelo. c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete menos gelo. d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas derretem a mesma quantidade de gelo. e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e derretem a mesma quantidade de gelo. 20. A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama. A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de a) servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese. b) funcionar como regulador térmico para os organismos vivos. c) agir como solvente universal nos tecidos animais e vegetais. d) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos vegetais. e) funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos. Gabarito A C C D A A D B E B D 69 B A B D C C C B 11) F, G, H, J e K 12) = 69 16) 6