Nome: Nº: Turma: Calorimetria

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1 Física Lista de exercícios 1 os anos Hugo mar/11 Nome: Nº: Turma: Calorimetria 1. Um corpo de massa 200 g é constituído por uma substância de calor específico 0,4 cal/g ºC. Determine: a) a quantidade de calor que o corpo deve receber para que sua temperatura varie de 5 ºC para 35 ºC; b) a quantidade de calor que deve ceder para que sua temperatura diminua para 15 ºC; c) a capacidade térmica do corpo. 2. A temperatura de 100 g de um líquido cujo calor específico é 0,5 cal/g C sobe de 10 C até 30 C. Em quantos minutos será realizado esse aquecimento com uma fonte que fornece 50 calorias por minuto? 3. Um corpo de massa 200 g é aquecido por uma fonte de potência constante e igual a 200 calorias por minuto. O gráfico mostra como varia, no tempo, a temperatura do corpo. Determine o calor específico da substância que constitui o corpo. 4. Um corpo de massa 50 g recebe 300 cal e sua temperatura sobe de 10 C até 20 C. Determine a capacidade térmica do corpo e o calor específico da substância que o constitui. 5. Um quilograma de glicerina, de calor específico 0,6 cal/g C, inicialmente a 30 C, recebe cal de uma fonte. Determine a temperatura final da glicerina. 6. Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 cal. Para produzir um aquecimento de 30 C em 50 g de um líquido são necessários 15 min. Determine o calor específico do líquido.

2 7. Para sofrer determinada variação de temperatura, um bloco metálico deve permanecer 3 min em presença de uma fonte de fluxo constante. A mesma massa de água, para sofrer a mesma variação de temperatura, exige 12 min em presença da fonte. Determine o calor específico do metal. 8. Um corpo é colocado em presença de uma fonte térmica de fluxo 2 cal/s. O gráfico do aquecimento em função do tempo, em minutos, é o apresentado a seguir. Sendo 60 g a massa do corpo, determine o calor específico do material que o constitui. 9. O gráfico fornece a quantidade de calor absorvida por três corpos A, B e C em função da temperatura. Calcule, para cada um dos corpos, a capacidade térmica e o calor específico das substâncias que os constituem. São dadas as massas: m A = m B = 20 g e m C = 10 g. 10. Um broche de prata de massa 20 g a 160 ºC é colocado em 28 g de água inicialmente a 30 ºC. Qual a temperatura final de equilíbrio térmico, admitindo trocas de calor apenas entre a prata e a água? Dados: calor específico da prata = 0,056 cal/g ºC; calor específico da água = 1,0 cal/g ºC. 2

3 11. Num calorímetro de capacidade térmica 8,0 cal/ºc, inicialmente a 10 ºC, são colocados 200 g de um líquido de calor específico 0,40 cal/g ºC. Verifica-se que o equilíbrio térmico se estabelece a 50 ºC. Determine a temperatura inicial do líquido. 12. No interior de um calorímetro de capacidade térmica 6 cal/ºc, encontram-se 85 g de um líquido a 18 ºC. Um bloco de cobre de massa 120 g e calor específico 0,094 cal/g ºC, aquecido a 100 ºC, é colocado dentro do calorímetro. O equilíbrio térmico se estabelece a 42 ºC. Determine o calor específico do líquido. 13. Colocam-se 500 g de ferro a 42 C num recipiente de capacidade térmica desprezível contendo 500 g de água a 20 C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,1 cal/g C. 14. Um bloco de alumínio de massa 100 g é deixado no interior de um forno até entrar em equilíbrio térmico com ele. Logo ao ser retirado, é colocado em g de água a 30 C. A temperatura de equilíbrio térmico é 32 C. Determine a temperatura do forno. O calor específico do alumínio é 0,22 cal/g C, sendo desprezadas as perdas. 15. Num calorímetro cuja capacidade térmica é 5,0 cal/ C, inicialmente a 10 C, são colocados 300 g de um líquido de calor específico 0,20 cal/g C na temperatura de 41 C. a) A que temperatura se estabelece o equilíbrio térmico? b) A seguir, coloca-se no calorímetro um bloco metálico de massa 500 g a 200 C e o novo equilíbrio térmico se estabelece a 60 C. Qual o calor específico do metal de que é feito o bloco? 16. (Mackenzie-SP) Um calorímetro de capacidade térmica 40 cal/ C contém 110 g de água (calor específico = 1 cal/g C) a 90 C. Que massa de alumínio (calor específico = 0,2 cal/g C), a 20 C, devemos colocar nesse calorímetro para esfriar a água a 80 C? 17. (ITA-SP) Na determinação do calor específico de um metal, aqueceu-se uma amostra de 50 g desse metal a 98 C e a amostra aquecida foi rapidamente transferida para um calorímetro de cobre bem isolado. O calor específico do cobre é 0,093 cal/g C e a massa de cobre no calorímetro é de 150 g. No interior do calorímetro, há 200 g de água, cujo calor específico é 1,0 cal/g C. A temperatura do calorímetro e da água antes de receber a amostra aquecida era de 21,0 C. Após receber a amostra, e restabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura atingiu 24,6 C. Determine o calor específico do metal em questão. 18. Um bloco de cobre (c = 0,095 cal/g C) de massa 300 g é aquecido até a temperatura de 88 C. A seguir, é colocado em 548 g de água (c = 1,0 cal/g C), contidos em um calorímetro de alumínio (c = 0,22 cal/g C) que está à temperatura de 25 C. O equilíbrio térmico se estabelece a 28 C. Determine a massa do calorímetro. 3

4 19. (PUC-SP) Dia de céu azul. Ao ir à praia, às 9h00 da manhã, um banhista percebe que a água do mar está muito fria, mas a areia da praia está quente. Retornando à praia às 21h00, nota que a areia está muito fria, mas a água do mar ainda está morna. a) Explique o fenômeno observado. b) Dê o conceito de calor específico de uma substância. 20. (PUC-SP) Um forno de micro-ondas produz ondas eletromagnéticas que aquecem os alimentos colocados no seu interior ao provocar a agitação e o atrito entre suas moléculas. Se colocarmos no interior do forno um copo com 250 g de água a 20 C, quanto tempo será necessário para aquecê-la a 100 C? Suponha que as micro-ondas produzam cal/min na água e despreze a capacidade térmica do copo. (Dado: calor específico da água = 1,0 cal/g C.) 21. (Vunesp) Uma zelosa mãe de primeira viagem precisa preparar o banho do recém-nascido, mas não tem termômetro. Seu pediatra disse que a temperatura ideal para o banho é de 38 C. Ela mora à beira-mar e acabou de ouvir, pelo rádio, que a temperatura ambiente é 32 C. Como boa estudante de Física, resolve misturar água fervente com água à temperatura ambiente para obter a temperatura desejada. a) Enuncie o princípio físico em que se baseia o seu procedimento. b) Suponha que ela dispõe de uma banheira com 10 litros de água à temperatura ambiente. Calcule qual é, aproximadamente, o volume de água fervente que ela deve misturar à água da banheira para obter a temperatura ideal. Admita desprezível o calor absorvido pela banheira e que a água não transborde. 22. (Unicamp-SP) Um rapaz deseja tomar banho de banheira com água à temperatura de 30 C, misturando água quente e fria. Inicialmente, ele coloca na banheira 100 l de água fria a 20 C. Desprezando a capacidade térmica da banheira e a perda de calor da água, pergunta-se: a) quantos litros de água quente, a 50 C, ele deve colocar na banheira? b) se a vazão da torneira de água quente é de 0,20 l/s, durante quanto tempo a torneira deverá ficar aberta? 23. (PUC/Campinas-SP) Sobre a grandeza calor específico, podemos dizer que fornece, numericamente, a quantidade de calor: a) necessária para que cada unidade de massa do corpo varie sua temperatura de um grau. b) necessária para que cada unidade de massa do corpo mude de estado físico. c) que um corpo troca com outro quando varia sua temperatura. d) necessária para que a temperatura de um corpo varie de um grau. e) que um corpo troca com outro quando muda de estado. 4

5 24. Num dia ensolarado, a água do mar não se aquece tão rapidamente quanto a areia de uma praia. Isso acontece porque: a) o calor específico da água é bem maior que o da areia. b) a capacidade térmica da água é pequena. c) o calor latente da água é pequeno. d) o volume de água é muito grande. e) o calor específico da areia é maior que o da água. 25. (PUC-MG) Considere dois corpos A e B de mesma massa de substâncias diferentes. Cedendo a mesma quantidade de calor para os dois corpos, a variação de temperatura será maior no corpo: a) de menor densidade. b) cuja temperatura inicial é maior. c) de menor temperatura inicial. d) de maior capacidade térmica. e) de menor calor específico. 26. (UFES) Dois objetos A e B são constituídos do mesmo material e recebem a mesma quantidade de calor. Observa-se que a variação da temperatura do objeto A é o dobro da variação da temperatura do objeto B. Podemos, então, afirmar que: a) a capacidade térmica de B é o dobro da de A. b) o calor específico de B é o dobro do de A. c) a capacidade térmica de A é o dobro da de B. d) o calor específico de A é o dobro do de B. e) os dois objetos têm coeficiente de dilatação térmica diferente. 27. (U. Católica de Salvador-BA) A massa, a temperatura e o calor específico de cinco amostras de materiais sólidos estão apresentados na tabela a seguir. Amostra Massa Temperatura Calor específico (g) ( C) (cal/g C) , , , , ,20 Essas amostras são, simultaneamente, imersas em um recipiente com água, atingindo rapidamente o equilíbrio térmico a 30 C. Entre essas, a que cedeu maior quantidade de calor para a água foi a amostra de número: a) 4 b) 5 c) 3 d) 2 e) 1 5

6 28. (F. Carlos Chagas-SP) Dois corpos X e Y recebem a mesma quantidade de calor por minuto. Em 5 min, a temperatura do corpo X aumenta 30 C e a temperatura do corpo Y aumenta 60 C. Não havendo mudança de estado, pode-se afirmar corretamente que: a) a massa de Y é o dobro da massa de X. b) o calor específico de X é o dobro do calor específico de Y. c) o calor específico de Y é o dobro do calor específico de X. d) a capacidade térmica de X é o dobro da capacidade térmica de Y. e) a capacidade térmica de Y é o dobro da capacidade térmica de X. 29. (Fuvest-SP) Um atleta envolve sua perna em uma bolsa de água quente contendo 600 g de água à temperatura inicial de 90 C. Após 4 h, ele observa que a temperatura da água é de 42 C. A perda média de energia da água por unidade de tempo é: (Dado: c = 1,0 cal/g C.) a) 2,0 cal/s b) 18 cal/s c) 120 cal/s d) 8,4 cal/s e) 1,0 cal/s 30. (UFR - RJ) Um corpo de massa gramas, em contato com uma fonte de fluxo constante na taxa de 20 cal/s, tem sua temperatura variada conforme o gráfico. O calor específico da substância que constitui o corpo em cal/g C é de: a) 0,4 b) 0,5 c) 0,6 d) 0,7 e) 0,8 31. (U. Uberaba - MG) Uma fonte térmica fornece 55 cal/s com potência constante. Um corpo de massa 100 g absorve totalmente a energia proveniente da fonte e tem temperatura variando em função do tempo, conforme o gráfico. A capacidade térmica desse corpo e o calor específico da substância de que é constituído são, respectivamente, iguais a: a) 2,2 cal/ C e 0,022 cal/g C b) 2,2 cal/ C e 0,22 cal/g C c) 2,2 cal/ C e 2,2 cal/g C d) 22 cal/ C e 0,22 cal/g C e) 22 cal/ C e 0,022 cal/g C 6

7 32. (U. E. Londrina - PR) O gráfico representa o calor absorvido por dois corpos sólidos M e N em função da temperatura. A capacidade térmica do corpo M em relação à do corpo N vale: a) 1,4 b) 5,0 c) 5,5 d) 6,0 e) 7,0 33. (U. F. Uberlândia MG) Os gráficos mostram a variação da quantidade de calor absorvida por 200 g de duas substâncias, A e B, em função da temperatura. Misturando-se as duas substâncias, A (50 ºC) e B (25 ºC), a temperatura de equilíbrio, em ºC, é aproximadamente: a) 27 b) 32 c) 36 d) 40 e) 43 7

8 34. (Fuvest 2009) Um trocador de calor consiste em uma serpentina, pela qual circulam 18 litros de água por minuto. A água entra na serpentina à temperatura ambiente (20 ºC) e sai mais quente. Assim, resfria-se o líquido que passa por uma tubulação principal, na qual a serpentina está enrolada. Em uma fábrica, o líquido a ser resfriado na tubulação principal também é água, a 85 ºC, mantida a uma vazão de 12 litros por minuto. Quando a temperatura de saída da água da serpentina for 40 ºC, será possível estimar que a água da tubulação principal esteja saindo a uma temperatura T de, aproximadamente: a) 75 ºC b) 65 ºC c) 55 ºC d) 45 ºC e) 35 ºC 35. (Unesp 2009) Segundo a Biblioteca Virtual Leite Lopes, o calor de combustão de um combustível é a quantidade de calor que 1 grama da substância produz, ao ser completamente queimada. O calor de combustão do carvão vegetal pode ter valores muito variáveis, mas um valor médio bem aceito é 3, J/kg. Nesse caso, sabendo-se que o calor específico da água é 4, J/(kg ºC), e supondo que não haja perdas, a massa de carvão que, completamente queimada, fornece a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1,0 kg de água de 28 ºC à fervura (100 ºC), em gramas, é de aproximadamente: a) 600 b) 300 c) 150 d) 50 e) 10 8

9 Gabarito ,21 cal/g ºC a) calorias b) calorias c) 80 cal/ºc 2. O aquecimento é realizado em 40 min. 3. 0,75 cal/g C cal/ºc; 0,2 cal/g ºC g 19. a) c água > c areia min. 21. a) Conservação da energia ºC 6. 0,2 cal/g ºC 7. 0,25 cal/g ºC 22. b) 0,97 l a) 50 l 8. 0,4 cal/g ºC 9. A = 2 cal/ ºC; 0,1 cal/g ºC B = 4 cal/ºc; 0,2 cal/g ºC C = 6 cal/ºc; 0,6 cal/g ºC ºC ºC 12. 0,25 cal/g ºC ºC ºC 15. a) 38,6 ºC b) 0,02 cal/g ºC g 23 A 24. A 25. E 26. A 27. E 28. D 29. A 30. C 31. D 32. E 33. B 34. C 35. E b) 250 s 9