Calorimetria (G1 - cftmg 2017) Dois corpos A e B de temperaturas T A e T, B onde TA TB

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1 Calorimetria (G1 - cftmg 2017) Dois corpos A e B de temperaturas T A e T, B onde TA TB são colocados em um recipiente termicamente isolado juntamente com um terceiro corpo C de temperatura T C. Após atingido o equilíbrio térmico, as temperaturas a) T A, T B e T C diminuem. b) T A, T B e T C tornam-se iguais. c) T A diminui, T B aumenta e T C diminui. d) T A aumenta, T B diminui e T C aumenta. 2. (Fuvest 2017) No início do século XX, Pierre Curie e colaboradores, em uma experiência para determinar características do recém-descoberto elemento químico rádio, colocaram uma pequena quantidade desse material em um calorímetro e verificaram que 1,30 grama de água líquida ia do ponto de congelamento ao ponto de ebulição em uma hora. A potência média liberada pelo rádio nesse período de tempo foi, aproximadamente, Note e adote: - Calor específico da água: 1cal (g C) - 1cal 4 J - Temperatura de congelamento da água: 0 C - Temperatura de ebulição da água: 100 C - Considere que toda a energia emitida pelo rádio foi absorvida pela água e empregada exclusivamente para elevar sua temperatura. a) 0,06 W b) 0,10 W c) 0,14 W d) 0,18 W e) 0,22 W 3. (Pucrj 2017) Dois blocos metálicos idênticos de 1kg estão colocados em um recipiente e isolados do meio ambiente. Se um dos blocos tem a temperatura inicial de 50 C, e o segundo a temperatura de 100 C, qual será a temperatura de equilíbrio, em C, dos dois blocos? a) 75 b) 70 c) 65 d) 60 e) (Unigranrio - Medicina 2017) Duas amostras de massas iguais, uma de ferro e uma de alumínio, recebem a mesma quantidade de calor Q. Sabendo que o calor específico do ferro vale 0,11cal g C, que o calor específico do alumínio vale 0,22 cal g C e que a temperatura da amostra do ferro se elevou em 200 C após receber a quantidade de calor Q, qual foi a variação da temperatura da amostra de alumínio após receber a mesma quantidade de calor Q? a) 50 C b) 100 C c) 150 C d) 200 C e) 250 C Página 1 de 12

2 5. (G1 - cftmg 2017) Um aquecedor possui uma potência útil constante de 500 W. O tempo gasto para esse aquecedor elevar de 50 C a temperatura de uma panela de ferro de 1,0 kg e calor específico c 460 J kg K, admitindo-se que ela absorva todo o calor transmitido é de (lembrando que a variação de temperatura em graus celsius é igual a variação de temperatura em kelvin, ou seja, t C = t K ) a) 12 s. b) 23 s. c) 46 s. d) 54 s. 6. (Pucrj 2017) Em uma experiência de física, um aluno verifica que o calor de fusão de um dado objeto é 50 J kg. Para um outro objeto com o dobro da massa, mas feito do mesmo material, o calor de fusão, em J kg, deve ser a) 200 b) 100 c) 50 d) 25 e) 12,5 7. (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) (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) Página 2 de 12

3 9. (Ufjf-pism ) O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura de um corpo de 20 g em função da quantidade de calor a ele fornecida. Durante o processo, o corpo sofre uma transição de fase, passando do estado sólido para o estado líquido. Assinale a alternativa CORRETA: a) a fusão do corpo ocorrerá a 100 C se a sua massa for de 40 g. b) o calor latente de fusão do corpo é de 10 cal g. c) a 100 C, será iniciada, necessariamente, uma nova transição de fase. d) o calor latente de fusão do corpo é de 5 cal g. e) a fusão do corpo ocorrerá a 50 C somente se sua massa for de 40 g. 10. (Eear 2017) Um buffet foi contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10 C. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25 C, determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0 C, necessário para obter água à temperatura de 10 C. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado. Dados: - densidade da água 3 1g cm ; - calor específico da água 1cal g C; - calor de fusão do gelo 80 cal g C; e - calor específico do gelo 0,5 cal g C a) 2 b) 3 c) 4 d) (Ufjf-pism ) A garrafa térmica de uma determinada marca foi construída de forma a diminuir as trocas de calor com o ambiente que podem ocorrer por três processos: condução, convecção e radiação. Dentre as suas várias características, podemos citar: I. a ampola interna da garrafa é feita de plástico. II. a ampola possui paredes duplas, e entre essas paredes, é feito vácuo. III. a superfície interna da ampola é espelhada. Assinale a alternativa que corresponde ao processo que se quer evitar usando as características citadas acima. a) I radiação; II condução e convecção; III convecção. b) I condução e radiação; II convecção; III condução. c) I convecção; II condução; III radiação. d) I condução; II condução e convecção; III radiação. e) I radiação; II condução e convecção; III radiação. Página 3 de 12

4 12. (Pucsp 2017) Uma xícara contém 30 ml de café a 60 C. Qual a quantidade, em ml, de leite frio, cuja temperatura é de 10 C, que devemos despejar nessa xícara para obtermos uma mistura de café com leite a 40 C? Considere as trocas de calor apenas entre o café e o leite, seus calores específicos iguais e suas densidades iguais a 3 1g cm. a) 15 b) 20 c) 25 d) (Puccamp 2016) A perspectiva de uma pessoa que usa uma garrafa térmica é que esta não permita a troca de calor entre o meio ambiente e o conteúdo da garrafa. Porém, em geral, a própria garrafa já provoca uma pequena redução de temperatura quando nela colocamos um líquido quente, como o café, uma vez que a capacidade térmica da garrafa não é nula. Numa garrafa térmica que está a 24 C colocam-se 500 g de água (c 1cal g C) a 90 C e, após algum tempo, nota- se que a temperatura estabiliza em 84 C. Pode-se afirmar que a capacidade térmica desta garrafa é, em cal C, a) 5. b) 6. c) 50. d) 60. 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. c) 1,4. d) 1,2. e) 2, (G1 - ifsul 2016) Um Físico acorda pela manhã em um dia muito frio e vai logo preparar seu café. Para tanto, ele utiliza uma xícara de alumínio que tem massa igual a 200,0 g e está a uma temperatura igual a 5,0 C. Ele coloca dentro dessa xícara 300,0 g de café inicialmente a 90,0 C. Considerando as trocas de calor apenas entre a xícara e o café e sabendo-se que o calor específico do alumínio é 0,2 cal g C e que o calor específico do café é 1,0 cal g C, qual é a temperatura final do conjunto (xícara e café) ao atingir o equilíbrio térmico? a) 85,0 C b) 80,0 C c) 75,0 C d) 70,0 C Página 4 de 12

5 16. (G1 - ifpe 2016) 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 17. (Pucrs 2016) Um corpo A, homogêneo, de massa 200 g, varia sua temperatura de 20 ºC para 50 ºC ao receber 1200 calorias de uma fonte térmica. Durante todo o aquecimento, o corpo A se mantém na fase sólida. Um outro corpo B, homogêneo, constituído da mesma substância do corpo A, tem o dobro da sua massa. Qual é, em cal g C, o calor específico da substância de B? a) 0,1 b) 0,2 c) 0,6 d) 0,8 e) 1,6 18. (G1 - ifce 2016) Um jovem, ao ser aprovado para estudar no IFCE, resolve fazer um churrasco e convidar seus amigos e familiares para um almoço. Ao colocar as latinhas de refrigerante no congelador, tem receio de que as mesmas congelem e por isso deseja estimar o tempo para que atinjam a temperatura desejada. O tempo para que 10 latinhas de 330 ml de refrigerante sofram uma variação na temperatura de 25 C é, aproximadamente, Dados: - Fluxo de Calor total entre as latinhas de refrigerante e o congelador 150 cal min - Densidade do refrigerante 1 g ml - Calor específico do refrigerante 1cal g C a) 2h02min. b) 8h30min. c) 6h15min. d) 3h05min. e) 9h10min. 19. (Ufpa 2016) Sabendo-se que um espelho esférico, que serve para acender uma tocha olímpica, pode ser usado, também, como um sistema de aquecimento (forno óptico), considere uma situação em que no lugar da tocha fossem colocados 300 g de água e que a temperatura desta subisse de 30 C para 100 C em 30 min. Desprezando se a absorção de calor pelo recipiente que contem a água, pode-se afirmar que a potência útil desse forno é, em Watts, igual a Dados: - o equivalente mecânico do calor tal que 1cal 4,2 J. - o calor específico da água 1cal g C. a) 11. b) 18. c) 25. d) 31. e) Página 5 de 12

6 20. (Unicamp 2016) 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. 21. (Enem 2ª aplicação 2016) Nos dias frios, é comum ouvir expressões como: Esta roupa é quentinha ou então Feche a janela para o frio não entrar. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de calor da termodinâmica. A roupa não é quentinha, muito menos o frio entra pela janela. A utilização das expressões roupa é quentinha e para o frio não entrar é inadequada, pois o(a) a) roupa absorve a temperatura do corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela. b) roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela. c) roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela. d) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. e) calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio. 22. (G1 - ifsp 2016) Observando um refrigerador, a geladeira comum de sua casa, um aluno escreveu as seguintes afirmações: I. A energia na forma de calor que sai dos alimentos chega ao congelador pelo processo de convecção na maior proporção e muito pouco por radiação. II. O congelador está situado na parte superior para receber o ar aquecido pelo calor dos alimentos. III. As camadas que formam as paredes da geladeira são intercaladas por material isolante para evitar a entrada de calor por condução. IV. Os espaços internos são divididos por grades vazadas que facilitam o movimento por convecção das massas do ar quente e frio. As afirmativas corretas são: a) I, II, III e IV. b) I, II e III, apenas. c) II e IV, apenas. d) II, III e IV, apenas. e) III e IV, apenas. 23. (G1 - ifce 2016) O congelador de uma geladeira é localizado em sua parte superior porque a transmissão de calor em seu interior se faz, predominantemente, por convecção e o ar a) quente desce. b) quente sobe por ser mais denso. c) frio desce por ser menos denso. d) frio desce e o quente sobe. e) frio sobe. Página 6 de 12

7 24. (Acafe 2016) Preparar um bom churrasco é uma arte e, em todas as famílias, sempre existe um que se diz bom no preparo. Em algumas casas a quantidade de carne assada é grande e se come no almoço e no jantar. Para manter as carnes aquecidas o dia todo, alguns utilizam uma caixa de isopor revestida de papel alumínio. A figura a seguir mostra, em corte lateral, uma caixa de isopor revestida de alumínio com carnes no seu interior. Considerando o exposto, assinale a alternativa correta que completa as lacunas das frases a seguir. A caixa de isopor funciona como recipiente adiabático. O isopor tenta a troca de calor com o meio por e o alumínio tenta impedir. a) impedir convecção irradiação do calor b) facilitar condução convecção c) impedir condução irradiação do calor d) facilitar convecção condução 25. (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. Página 7 de 12

8 Gabarito: Resposta da questão 1: [B] Quando dois ou mais corpos são colocados num recipiente termicamente isolado, eles trocam calor até que se atinja o equilíbrio térmico. Resposta da questão 2: [C] Q mc Δθ mc Δθ 1, PΔt mc Δθ P P 0,14 W. Q PΔt Δt Resposta da questão 3: [A] Q1Q2 0 m c Δθ1 m c Δθ2 0 Como os dois blocos são idênticos, tanto a massa, como o calor específico são os mesmos, logo: Δθ1Δθ 2 0 ( θe 50) 1 ( θe 100) θe 150 θe 75C Resposta da questão 4: [B] Considerando que o calor sensível recebido por ambos os corpos de ferro (1) e alumínio (2) foram iguais, então: Q Q 1 2 E sabendo que: Q m c ΔT Então, m c ΔT m c ΔT Como as massas são iguais: m1 c 1 ΔT 1 m 2 c2 Δ T2 Finalmente: c1 ΔT1 0,11cal gc 200 C ΔT2 ΔT2 ΔT2 100 C c2 0,22 cal gc Resposta da questão 5: [C] Q PΔt m c Δθ P Δt m c Δθ Δt Δt 46 s. Q mc Δθ P 500 Resposta da questão 6: [C] O calor de Fusão independe do volume ou da massa do material do material. Se pegar um mesmo material com massas distintas todos terão o mesmo calor de fusão. Página 8 de 12

9 Resposta da questão 7: Q ml Q Q cal Resposta da questão 8: [A] Q Q ml L L L 70 cal g m 10 Resposta da questão 9: [A] Falsa. O gráfico nos mostra que a fusão acontece à 50 C, e essa temperatura independe da massa do material. Q [B] Falsa. O calor latente de fusão L é dado por: L, onde Q é a quantidade de calor usado na fusão e m é a m massa do material. Q cal cal L L L 5 m 20 g g [C] Falsa. A 100 C não é possível definir se há mais uma mudança de fase, pois deveria, para tanto, haver uma variação da inclinação da curva. Verdade. Rever o cálculo da alternativa b). [E] Falsa. Conforme a alternativa a), a temperatura de fusão não depende da massa. Resposta da questão 10: [ma c a ( θe θi )] água [mg L] gelo [mg c a ( θe θi )] gelo que virou água (10 25) mg80 mg1 (10 0) mg mg mg g mg 5,0 kg 90 Resposta da questão 11: [I] O plástico é utilizado na ampola interna por ser barato e péssimo condutor de calor, evitando a transferência de calor por condução. [II] O vácuo entre as paredes interna e externa da garrafa térmica evita a transferência de calor por condução e convecção das moléculas de presentes no ar, uma vez que o vácuo for eficiente. [III] O espelhamento interno da ampola evita que a energia térmica seja irradiada para fora, pois essa radiação sofre reflexão interna na superfície espelhada, mantendo por mais tempo a temperatura da substância armazenada. Resposta da questão 12: [B] Página 9 de 12

10 Resposta da questão 13: [C] Dados: Para a garrafa: θ 100 C θ 0 g e 84 C Para a água: m 500 g a ca 1cal / gc θ0 90 C a θe 84 C Ca ma ca Ca Ca 500 cal / g Qg Qa 0 C Δθ C Δθ 0 C ( θ θ ) C ( θ θ ) 0 g a g e 0g a e 0a C g (84 24) C a (84 90) 0 60Cg 500 ( 6) Cg Cg 60 Cg 50 cal / C Resposta da questão 14: [B] Da equação do calor sensível: Q mc Δθ 80 0, cal Q 1,6kcal. Resposta da questão 15: [B] Como o enunciado sugere que o sistema seja termicamente isolado, o somatório dos calores trocados deve ser nulo. Qxícara Qcafé 0 mcδt xícara mcδt 0 café ,2 T T ,4T 2 3T T 3,4 T 80,0 C. Resposta da questão 16: [A] Δθ Δθ Qcafé Qleite 0 m c m c café leite T T T 240 T T 260 T 65 C. Página 10 de 12

11 Resposta da questão 17: [B] Imagine o exemplo da água, que possui calor específico igual a 1cal g C, se você possui um copo de água ou uma jarra cheia de água, o calor específico da água vai ser a mesma. Você concorda? No enunciado diz: Um outro corpo B, homogêneo, constituído da mesma substância do corpo A". Logo, basta achar o calor específico de A, e você achará o calor específico de B. Q mcδθ c c 6000 c 0,2cal gc Resposta da questão 18: [E] Q Q mc Δθ Φ Δt 550min Δt 9h e 10min. Δt Φ Φ 150 Resposta da questão 19: [E] Q mcδθ 300 4,2 (100 30) Pot Pot 49 W. Δt Δt Resposta da questão 20: [I] Convecção. Nas antigas geladeiras, as prateleiras são grades vazadas para que o ar frio (mais denso), desça, enquanto o ar quente (menos denso) suba. Nas modernas geladeiras, existe o dispositivo que injeta ar frio em cada compartimento, não mais necessitando de grades vazadas. [II] Radiação. Esse processo se dá através da propagação de ondas eletromagnéticas, não havendo movimento de massa, ocorrendo, portanto, também no vácuo. [III] Condução. Na verdade, condução e convecção que são os processos que movimentam massa. Resposta da questão 21: Os corpos não possuem calor, mas sim, energia térmica. Calor é uma forma de energia térmica que flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor. Resposta da questão 22: [A] [I] Correta. Por convecção, o ar frio que sai do congelador desce roubando calor dos alimentos, subindo novamente para o congelador [II] Correta. O congelador está situado na parte superior para receber o ar aquecido pelo calor dos alimentos, que sobe, por convecção. [III] Correta. As camadas que formam as paredes da geladeira são intercaladas por material isolante térmico para evitar a entrada de calor por condução. [IV] Correta. Os espaços internos são divididos por grades vazadas que facilitam o movimento por convecção das massas do ar quente e frio. Nas geladeiras modernas não há mais as grades vazadas, pois o ar frio do congelador é lançado diretamente em cada um dos compartimentos. Resposta da questão 23: A convecção é um fenômeno de transferência de calor que ocorre nos fluidos (líquidos e gases). É um movimento de massa que se dá devido à diferença de densidades provocada pela diferença de temperaturas. O mais quente expande, diminuindo de densidade e sobe; o mais frio, mais denso, desce. Página 11 de 12

12 Resposta da questão 24: [C] O isopor é um isolante térmico, portanto tenta impedir a troca de calor por condução, pois serve como barreira para o meio externo, enquanto o papel alumínio evita a transferência de calor por convecção, principalmente. Resposta da questão 25: 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 12 de 12