LISTA DE EXERCÍCIOS CALOR, TEMPERATURA, ESCALAS TERMOMÉTRICAS, CALOR ESPECÍFICO, CALOR SENSÍVEL, CALOR LATENTE, PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

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1 LISTA DE EXERCÍCIOS CALOR, TEMPERATURA, ESCALAS TERMOMÉTRICAS, CALOR ESPECÍFICO, CALOR SENSÍVEL, CALOR LATENTE, PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR Prof: José Lucas Física B A prática em Física vem da resolução dos problemas, levando sempre em consideração as suas intepretações. 1) O calor é definido como uma energia térmica que flui entre os corpos. O fluxo de calor entre dois corpos em contato se deve inicialmente a: a) temperaturas dos corpos serem iguais b) temperatura dos corpos serem diferentes c) os corpos estarem muito quentes d) os corpos estarem muito frios e) nda 2) Sobre o conceito de calor pode-se afirmar que se trata de uma: a) medida da temperatura do sistema. b) forma de energia em trânsito. c) substância fluida. d) quantidade relacionada com o atrito. e) energia que os corpos possuem. 3) Considere as afirmações a seguir: I. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma quantidade de calor. II. Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, ambos possuem a mesma temperatura. III. Calor é transferência de temperatura de um corpo para outro. IV. Calor é uma forma de energia em trânsito Das afirmações acima, pode-se dizer que: a) I, II, III e IV são corretas b) I, II, III são corretas c) I, II e IV são corretas d) II e IV são corretas e) II e III são corretas 4) O fato de o calor passar de um corpo para outro deve-se a: a) quantidade de calor existente em cada um. b) diferença de temperatura entre eles. c) energia cinética total de suas moléculas. d) o número de calorias existentes em cada um. e) nada do que se afirmou acima é verdadeiro. 5) O célebre físico irlandês William Thomson, que ficou mundialmente conhecido pelo título de lorde Kelvin. Entre tantos trabalhos que desenvolveu criou a escala termométrica absoluta. Essa escala, conhecida por escala Kelvin, consequentemente não admite valores negativos, e para tanto, estabeleceu como zero o estado de repouso molecular. Conceitualmente sua colocação é consistente, pois a temperatura de um corpo se refere à medida: a) da quantidade de movimento das moléculas do corpo. b) da quantidade de calor do corpo. c) da energia térmica associada ao corpo. d) da energia térmica das moléculas do corpo. e) do grau de agitação das moléculas do corpo. 6) Um sistema A está em equilíbrio térmico com outro B e este não está em equilíbrio térmico um outro C. Então, podemos dizer que: a) os sistemas A e C possuem a mesma quantidade de calor.

2 b) a temperatura de A é diferente da de B. c) os sistemas A e B possuem a mesma temperatura. d) a temperatura de B é diferente da de C, mas C pode ter temperatura igual à do sistema A. e) nenhuma das anteriores. 7) Para que dois corpos possam trocar calor é necessário que: I estejam a diferentes temperaturas. II tenham massas diferentes. III exista um meio condutor de calor entre eles. Dessas afirmações, é (são) correta(s)? a) apenas a I. b) apenas a II. c) apenas a I e a II. d) apenas a I e a III. e) todas. 8) Quando Fahrenheit definiu a escala termométrica que hoje leva o seu nome, o primeiro ponto fixo definido por ele, o 0ºF, corresponde à temperatura obtida ao se misturar uma porção de cloreto de amônia com três porções de neve, à pressão de 1atm. Qual é esta temperatura na escala Celsius? a) 32ºC b) 273ºC c) 37,7ºC d) 212ºC e) 17,7ºC 9) Uma certa massa de gás perfeito sofre uma transformação isobárica e sua temperatura varia de 293K para 543K. A variação da temperatura do gás, nessa transformação, medida na escala Fahrenheit, foi de a) 250 F b) 273 F c) 300 F d) 385 F e) 450 F 10) A temperatura de determinada substância é 50 F. A temperatura absoluta dessa substância, em kelvins, é a) 343K b) 323K c) 310K d) 283K e) 273K 11) Normalmente, o corpo humano começa a sentir calor quando a temperatura ambiente ultrapassa a marca dos 24,0 C. A partir daí, para manter seu equilíbrio térmico, o organismo passa a eliminar o calor através do suor. Se a temperatura corporal subir acima de 37,0 C, é caracterizada como hipertermia e abaixo de 35,0 C, hipotermia. Se a temperatura de uma pessoa com hipertermia variar de 37,3 C para 39,3 C, esta variação nas escalas Fahrenheit (F) e Kelvin (K) será, respectivamente, a) 1,8 e 1,8. b) 1,8 e 2,0. c) 2,0 e 2,0. d) 2,0 e 3,6. e) 3,6 e 2,0. 12) Sabe-se que a temperatura do café se mantém razoavelmente constante no interior de uma garrafa térmica perfeitamente vedada. a) Qual o principal fator responsável por esse bom isolamento térmico? b) O que acontece com a temperatura do café se a garrafa térmica for agitada vigorosamente? Explique sua resposta. 13) Uma carteira escolar é construída com partes de ferro e partes de madeira. Quando você toca a parte de madeira com a mão direita e a parte de ferro com a mão esquerda, embora todo o conjunto esteja em equilíbrio térmico: a) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor; b) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção na madeira é mais notada que no ferro;

3 c) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a convecção no ferro é mais notada que na madeira; d) a mão direita sente menos frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor; e) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque a madeira conduz melhor o calor. 14) Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória de espessura L = 5,0 cm, área A = 100m² e condutividade térmica k = 2,0 W. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente, à temperatura T1 = 47 C mk e T2 = 27 C, respectivamente. Considerando o ar como um gás ideal e o conjunto das duas salas um sistema isolado, calcule o fluxo de calor através da divisória relativo às temperaturas iniciais T1 e T2. 15) Para determinarmos o fluxo de calor por condução através de uma placa homogênea e de espessura constante, em regime estacionário, utilizamos a Lei de Fourier: Φ = k.a.δt. e A constante de proporcionalidade que aparece nessa lei matemática depende da natureza do material e se denomina Coeficiente de Condutibilidade Térmica. Trabalhando com as unidades do SI, temos, para o alumínio, por exemplo, um coeficiente de condutibilidade térmica igual a 2,09.10². Se desejarmos expressar essa constante, referente ao alumínio, com sua respectiva unidade de medida, teremos: a) 2,09.10² cal/s b) 2,09.10² J/s c) 2,09.10² cal/s.m. C d) 2,09.10²J/m.s.K e) 2,09.10² J/K 16) Observe as afirmações a seguir: 1. O Sol aquece a Terra por meio do processo de térmica; 2. As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de transmissão de calor por ; 3. Os aparelhos de ar-condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o processo de. As palavras que completam as frases acima corretamente de acordo com os princípios físicos dos processos de transmissão de calor são, respectivamente: a) condução, convecção, irradiação; b) convecção, irradiação, condução; c) irradiação, convecção, condução; d) irradiação, condução, convecção; e) condução, irradiação, convecção 17) A transmissão de calor por convecção só é possível: a) no vácuo b) nos sólidos c) nos líquidos d) nos gases e) nos fluidos em geral. 18) Uma garrafa térmica, devido às paredes espelhadas, impede trocas de calor por: a) condução. d) reflexão. b) irradiação. e) n.r.a. c) convecção. 19) (PUC-MG) O calor específico da água é 1 cal/g. C (uma caloria por grama grau Celsius). Isso significa que: a) para se aumentar a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se fornecer um caloria.

4 b) para se diminuir a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se fornecer um caloria. c) para se diminuir a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, devem-se retirar 10 calorias. d) para se aumentar a temperatura em um grau Celsius de um grama de água, deve-se retirar um caloria. 20) (PUC-MG) Dois corpos X e Y recebem a mesma quantidade de calor a cada minuto. Em 5 minutos, a temperatura do corpo X aumenta 30 C, e a temperatura do corpo Y aumenta 60 C. Considerando-se que não houve mudança de fase, é correto afirmar: a) A massa de Y é o dobro da massa de X. b) A capacidade térmica de X é o dobro da capacidade térmica de Y. c) O calor específico de X é o dobro do calor específico de Y. d) A massa de Y é a metade da massa de X. 21) (UFSCAR-SP) A quantidade de calor que se deve fornecer a 1 kg de uma substância para elevar sua temperatura de 5 C é igual a 3,000 cal. Qual o calor específico da substância no intervalo de temperatura considerado? 22) Ao fornecer 300 calorias de calor para um corpo, verifica-se como conseqüência uma variação de temperatura igual a 50 ºC. Determine a capacidade térmica desse corpo. 23) Determine o calor específico em cal/g C de uma substância com massa de 1 kg que, ao receber 5000 cal de calor de uma fonte térmica, teve a sua temperatura elevada em 20 C. a) 0,15 b) 0,25 c) 0,35 d) 0,45 e) 0,55 24) (MACKENZIE) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºc, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é: a) 500 b) 600 c) 700 d) 800 e) ) Em um recipiente termicamente isolado, 200 g de água recebem calor de uma fonte térmica e elevam a sua temperatura de 10 C para 90 C. Sabendo que a massa de água ficou exposta à fonte por 3,5 minutos, determine a potência aproximada fornecida pela fonte em cal/s. DADO: Calor específico da água = 1 cal/g C a) 56 b) 66 c) 76 d) 86 e) 96 26) Em um laboratório de Física, uma amostra de 20 g de cobre recebeu 186 cal de calor de uma determinada fonte térmica. Sabendo que o calor específico do cobre é 0,093 cal/g C, determine a variação de temperatura sofrida pela amostra. a) 50 C b) 100 C c) 105 C d) 200 C e) 250 C

5 27) Uma das extremidades de uma barra metálica isolada é mantida a 100 ºC, e a outra extremidade é mantida a 0 ºC por uma mistura de gelo e água. A barra tem 60,0 cm de comprimento e uma seção reta com área igual a 1,5 cm 2. O calor conduzido O calor conduzido pela barra produz a fusão de 9,0 g de gelo em 10 minutos. A condutividade térmica do metal vale em W/mK: Dado: calor latente de fusão da água = 3, J/kg a)50 b)100 c)110 d)120 e)210 28) Diferencie os conceitos de capacidade térmica e calor específico. 29) Calor específico e calor latente estão relacionados com que situações físicas? 30) Um corpo de massa 6g em estado sólido, é aquecido até o ponto de fusão. Sabendo que o calor latente do corpo é de 35 cal/g, determine a quantidade de calor recebida pelo corpo. 31) (Unifor-CE) O gráfico representa a temperatura de uma amostra de massa 100g de determinado metal, inicialmente sólido, em função da quantidade de calor por ela absorvida. Pode-se afirmar que o calor latente tem fusão desse metal, em cal/g é: a) 12 b) 10 c) 8 d) 6 e) 2 32) Misturando um litro de água a 70 o C e dois litros de água a 10 o C, obtemos três litros de água a: a) 70 o C b) 40 o C c) 35 o C d) 30 o C e) 20 o C 33) Um corpo de massa m a 270 o C é colocado em um recipiente, onde existe idêntica massa de água a 50 o C, obtendo-se uma temperatura de equilíbrio igual a 70 o C. Admitindo que somente houve troca de calor entre o corpo e a água, o calor específico do corpo, em cal/g o C, é igual a: a) 0,010 b) 0,030 c) 0,054 d) 0,20 e) 0,10 34) (UNEB BA) Dispõem-se de 200 g de gelo a 10 ºC que recebem calor continuamente de uma fonte. Sendo a temperatura final do conjunto igual a 10 ºC e dados c gelo = 0,5 cal/(g ºC); Lf = 80 cal/g; c água = 1 cal/(g ºC), pode-se afirmar que a quantidade de calor total recebida é igual a: a) cal d) cal b) cal e) cal c) cal

6 GABARITO Gabarito Lista Calor Temperatura e Escalas 1) B 2) B 3) D I Falsa possuem a mesma temperatura II Correto vide I III Falsa é transferência de energia IV Correta veja teoria 4) B 5) E 6) C 7) A 8) E 9) E Resolução: ΔK/100 = ΔF/180 (K - Ko)/100 = ΔF/180 ( )/100 = ΔF/ /100 = ΔF/ * ΔF = 250* ΔF = ΔF = 45000/100 ΔF = 450ºF 10) D Resolução: T C/5 = T F-32/9 T K = Tc T C/5 = 50-32/9 T K = 283K T C = 10ºC 11) E Res: A temperatura em Fahrenheit será dada pela relação: ΔF = 1,8*ΔC ΔF = 1,8*2 = 3,6ºF Para a temperatura em Kelvin, a variação será a mesma, pois as escalas Celsius e Kelvin tem o mesmo número de divisões. 12) a) A condução não ocorre no vácuo. b) Aumenta, pois há transformação de energia mecânica em térmica. 13) D 14) Res:

7 k. A. ΔT L (47 27) , W ( J s ) 15) D Res: Necessita de análise dimensional. k. A. ΔT L W m. K. m2. K m W m. K. m2. K m W. m m W. m m W (watts) = J/s 16) D 17) E 18) B 19) A 20) B C x = Q ΔT x Q = C x ΔT x Q = 30C x C y = Q ΔT y Q = C y ΔT y Q = 60C y Q x = Q y 30C x = 60C y C x = 2C y 21) Q=m.c.Δθ 3.000=1.000.c.5 c=3/5 c=0,6cal/g C 22) C=Q/DT C=300/50 C=6cal/ C 23) Q = m. c. ΔT 5000 = c = c

8 24) E c = c = 5 20 c = 1 4 c = 0,25 cal/g C Primeiramente devemos determinar a quantidade de energia fornecida à água. Potência fornecida: 150 cal/s Tempo de aquecimento: 4 min x 60s = 240 s Sabendo que a potência é dada pela razão entre a energia (calor) e o tempo (Δt), temos: P = Q Δt Q = P. Δt Q = Q = cal Esse calor fornecido à água é do tipo sensível, pois a sua temperatura varia entre 20 C e 60 C, temperaturas em que a água apresenta-se no estado líquido. Substituindo esses dados na equação de calor sensível, temos: Q = m. c. ΔT = m. 1. (60 20) = 40 m m = m = 900 g 25) C Primeiramente precisamos encontrar o quanto de calor foi fornecido à água. Como não houve mudança de fase, o calor fornecido foi do tipo sensível, logo: Q = m. c. ΔT Q = (90 10) Q = Q = cal Sabendo que a potência é a razão entre a energia e o tempo, temos que:

9 Δt = 3,5 min x 60s = 210 s P = Q Δt P = /210 P 76 cal/s 26) B A partir da equação que determina a quantidade de calor sensível fornecida ou retirada de um corpo, temos: Q = m.c.δt 186 = 20. 0,093. Δt 186 = 1,86. Δt Δt = 186 1,86 = 100 C 27) E) Calor necessário para fundir o gelo Lei de Fourier Fazendo: Então: Isolando k: Q = ml Q = ( ) (3, ) Q = 3150 J = (3, )J Q Δt e ka(t 2 T 1) L φ Q Δt = ka(t 2 T 1) L k = QL ΔtAΔT k = (3, ) 0,6 600 (1, ) 100 k = 210 W mk 28) A capacidade térmica está associada a uma característica do corpo, enquanto o calor específico está associado a uma propriedade da substância. 29) O calor específico está associado a quantidade energética que determinada substância deve receber ou ceder para variar sua temperatura em determinada unidade. O calor latente está associado a quantidade energética por unidade de massa que determinada substância deve ceder ou receber para alterar o seu estado físico. 30) Q = m.l Q = Q = 210 cal 31) D) Q = m.l (isolando o calor latente temos:) L = Q/m

10 L = 600/ 100 L = 6 cal/g 32) Q m c q f q i Água quente 1000 g 1 x 70 Água fria 2000 g 1 x 10 Q 1 + Q 2 = (x 70) (x 10) = x x = x = X = 30 C 33) Q m c q f q i corpo m X Água m Q 1 + Q 2 = 0 m. x. (70 270) + m. 1. (70 50) = m.x + 20.m = m.x = 20.m X = 0,10 cal/g. C 34) Aquecimento do gelo: Q 1 = m.c gelo.δθ gelo = 200.0,50.[0-(-10)] => Q 1 = 1000 cal Fusão do gelo: Q 2 = m.l f = => Q 2 = cal Aquecimento da água: Q 3 = m.c água.δθ água = 200.1,0.(10-0) => Q 3 = 2000 cal Q = Q 1+Q 2+Q 3 = 1000 cal cal cal => Q = cal