1g / cm. 1g / cm. 80cal/ g

Transcrição

1 1. (Unifesp 015) Em um copo, de capacidade térmica 60cal / C e a 0 C, foram colocados 300mL de suco de laranja, também a 0 C, e, em seguida, dois cubos de gelo com 0g cada um, a 0 Considere os dados da tabela: densidade da água líquida 3 1g / cm densidade do suco 3 1g / cm calor específico da água líquida 1cal / (g C) calor específico do suco 1cal / (g C) calor latente de fusão do gelo 80cal/ g Sabendo que a pressão atmosférica local é igual a 1atm, desprezando perdas de calor para o ambiente e considerando que o suco não transbordou quando os cubos de gelo foram colocados, calcule: 3 a) o volume submerso de cada cubo de gelo, em cm, quando flutua em equilíbrio assim que é colocado no copo. b) a temperatura da bebida, em C, no instante em que o sistema entra em equilíbrio térmico.. (Pucsp 015) Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve testar o funcionamento de seu recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a 0 Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por 40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kwh é igual a R$ 0,8, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento. a) 0,50 b) 0,40 c) 0,30 d) 0,0 e) 0,10 3. (Pucrj 015) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 5 C e 0,15 L de água a 15 Desprezando trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em C, é: a) 15 b) 19 c) 1 d) 5 e) 40

2 4. (Unesp 015) A energia contida nos alimentos 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. INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos 4, g Proteínas 3g Gorduras totais 7,3 g Gorduras saturadas 1,5 g Gordura trans 0g Fibra alimentar 1g Sódio 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 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) (G1 - ifsul 015) Em um calorímetro ideal, misturam-se certa massa de água no estado sólido (gelo) com certa massa de água no estado líquido. O comportamento da Temperatura (T) em função da Quantidade de Calor (Q) para essa mistura é representado no gráfico. Sabe-se que esse conjunto está submetido à pressão de 1atm, que o Calor Latente de Fusão do gelo é Calor Específico do Gelo é cgelo 0,5 cal g C e que o Calor Específico da água é água c 1cal g LF 80 cal g, que o

3 Qual é a massa de água no estado líquido no equilíbrio térmico? a) 50 g b) 100 g c) 150 g d) 300 g 6. (Uema 015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor elétrico para colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que essa massa estava a 0 C e que levou 5 min para ferver a 100 Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o calor específico igual a 1cal / g C, calcule o tempo total programado pelo técnico para o desligamento do temporizador do aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação. 7. (Pucrj 015) Um recipiente isolado contém uma massa de gelo, M 5,0 kg, à temperatura T 0 Por dentro desse recipiente, passa uma serpentina pela qual circula um líquido que se quer resfriar. Suponha que o líquido entre na serpentina a 8 C e saia dela a 8 O calor específico do líquido é cl 1,0 cal / (g C), o calor latente de fusão do gelo é LF 80 cal g e o calor específico da água é CA 1,0 cal (g C). a) Qual é a quantidade total de líquido (em kg) que deve passar pela serpentina de modo a derreter todo o gelo? b) Quanto de calor (em kcal) a água (formada pelo gelo derretido) ainda pode retirar do líquido que passa pela serpentina até que a temperatura de saída se iguale à de entrada (8 C)? 8. (Upe 015) Um ciclista decide pedalar pela cidade e leva uma garrafa térmica para fazer sua hidratação adequada. Querendo beber água gelada ao final de um longo treino, o ciclista coloca inicialmente 00g de água a 5 C e 400g de gelo a 5 Supondo que a garrafa seja fechada hermeticamente, que não haja trocas de energia com o ambiente externo e que o equilíbrio térmico tenha sido atingido, o ciclista ao abrir a garrafa encontrará: Dados: o calor específico da água e do gelo é igual a O calor latente da água é igual a L 80cal / g. a) apenas gelo a 0 b) apenas água a 0 c) mais gelo que água. d) mais água que gelo. e) apenas água. Cágua 1cal / g C e Cgelo 0,5cal / g C, respectivamente. 9. (Pucrj 015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 0 C a 70 O calor específico deste metal, em cal / g C, vale: a) 10,6 b) 3,5 c) 0,094 d) 0,047 e) 0,067

4 10. (Uerj 015) 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. 11. (Epcar (Afa) 015) Em um recipiente termicamente isolado de capacidade térmica 40,0 cal / C e na temperatura de 5 C são colocados 600 g de gelo a 10 C e uma garrafa parcialmente cheia, contendo,0l de refrigerante também a 5 C, sob pressão normal. Considerando a garrafa com capacidade térmica desprezível e o refrigerante com características semelhantes às da água, isto é, calor específico na fase líquida 1,0 cal / g C e na fase sólida 0,5 cal / g C, calor latente de fusão de 80,0 cal / g bem como densidade absoluta na fase líquida igual a térmico do sistema, em C, é a) 3,0 b) 0,0 c) 3,0 d) 5,0 3 1,0 g / cm, a temperatura final de equilíbrio 1. (Ueg 015) 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 0C 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

5 13. (Ufsm 015) Um dos métodos de obtenção de sal consiste em armazenar água do mar em grandes tanques abertos, de modo que a exposição ao sol promova a evaporação da água e o resíduo restante contendo sal possa ser, finalmente, processado. A respeito do processo de evaporação da água, analise as afirmações a seguir. I. A água do tanque evapora porque sua temperatura alcança 100 II. Ao absorver radiação solar, a energia cinética de algumas moléculas de água aumenta, e parte delas escapa para a atmosfera. III. Durante o processo, linhas de convecção se formam no tanque, garantindo a continuidade do processo até que toda a água seja evaporada. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) I, II e III. 14. (Ufsm 015) Em 009, foi construído na Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das características físicas desse material é sua condutividade térmica relativamente baixa, igual a 6 W / (m C). A figura a seguir mostra como a temperatura varia através da parede do prédio. Qual é o valor, em a) 15. b) 800. c) 100. d) 400. e) W / m, do módulo do fluxo de calor por unidade de área que atravessa a parede? TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra. 15. (Unicamp 015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de 4 Ti.700 Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa M 6,0 10 kg constituída de um

6 material com calor específico c que ela atinja uma temperatura final de Tf a) b) c) d) 7 4,0 10 kj. 7 6,0 10 kj. 7 8,1 10 kj. 7,1 10 kj. 0,5 kj / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para 700 C é igual a TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Considere os dados abaixo para resolver a(s) questão(ões) quando for necessário. Constantes físicas Aceleração da gravidade: g 10 m s 8 Velocidade da luz no vácuo: c 3,00 10 m s 9 Constante da lei de Coulomb: k0 9,0 10 N m C 16. (Cefet MG 015) 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) TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

7 Considere os dados abaixo para resolver a(s) questão(ões), quando for necessário. Constantes físicas Aceleração da gravidade próximo à superfície da Terra: Aceleração da gravidade próximo à superfície da Lua: 3 Densidade da água: ρ 1,0g cm Velocidade da luz no vácuo: c 3,0 108m s 9 Constante da lei de Coulomb: k0 9,0 10 N m C g 10m s g 1,6m s 17. (Cefet MG 015) Um material possui calor específico igual a 1,0J kg C quando está no estado sólido e,5 J kg C quando está no estado líquido. Um sistema composto por 0,10 kg desse material recebe energia de forma que sua temperatura varia segundo o gráfico da figura. A razão entre Q 1 e Q é a) 1 3. b) 1 5. c) 1 6. d) 1 8. e) 116.

8 Gabarito: Resposta da questão 1: a) Teremos: Como se trata de uma situação de equilíbrio, o empuxo e o peso têm mesma intensidade. m 0 3 E P dsuco Vi g m g V i Vi 0 cm. dsuco 1 b) Como os sistema é termicamente isolado, o somatório dos calores trocados é nulo. Q copo Q suco Q gelo Qágua 0 Δθ Δθ Δθ C m c m L m c 0 copo suco f gelo θ θ θ água θ θ θ 0 θ 00 θ 10 Resposta da questão : [D] São dados da questão: 1cal 4, J c 1,0 cal g C L 540 cal g d 1kg L 6 1kWh 3,6 10 J Para ser possível calcular o custo da energia, primeiramente temos que saber quanto de energia foi utilizada. Como é dito para desconsiderar as perdas, a energia utilizada é igual ao calor que aqueceu a água e posteriormente a vaporizou. Assim,

9 Q Q Q t 1 Q m c ΔT ml t t t t t t Q Q Q ou Q Q 60 kcal 4, 60 kj 604 kj 6 Como 1kWh 3,6 10 J, 6 6 1kWh 3,6 10 J x, J, x 6 3,6 10 x 0,7 kwh Assim, Custo 0,8 0,7 Custo R$ 0,0 Resposta da questão 3: [B] 6 O equilíbrio térmico para um sistema isolado é dado pela somatória dos calores sendo igual a zero, pois o calor é trocado entre os dois volumes de água no sentido da maior para a menor temperatura. Q 0 Como não há mudança de estado físico, os calores são sensíveis: Q mc ΔT Considerando que a densidade nas amostras de água são as mesmas, podemos representar a massa de cada uma como sendo o seu volume. Q Q 0 Q Q 1 1 m c ΔT m c ΔT 1 1 0,10 T 5 0,15 T 15 0,10 T,5 0,15T,5 0,5T 4,75 T 19C Resposta da questão 4: [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:

10 0,6 E 0, Q m c Δθ 0,6 E m c Δθ m c Δθ m g. Resposta da questão 5: [C] Seja Q o módulo da quantidade de calor trocada entre o gelo de Do gráfico, Q cal. Calculando as massas iniciais de água (m 1) e gelo (m ) : Água : Q m1 c a Δθa m m1 100 g. Gelo : Q m c g Δθg m 0, m 00 g. A massa de gelo que funde (m') é a que recebeu Q' Q' m' L f m' 80 m' 50 g. A massa de água (m) no equilíbrio térmico é: m m1 m' m 150 g cal. 40 C até 0C e a água de 80 C até 40 Resposta da questão 6: Como não foi dada a quantidade total (massa) de água, para resolução deste exercício, é preciso deixar a quantidade de calor em função da massa. A quantidade de calor utilizada para aquecer a água de 0 C até 100 C é: Q mc ΔT Q m1 80 Q 80 m J Ou seja, o aquecedor forneceu à água 80 m J de calor em 5 minutos. Como este processo durou 5 minutos para ser realizado, então pode-se concluir que a cada minuto o aquecedor fornece 80 mj 5. Baseado nisto, para a vaporização, a energia necessária para transformar em vapor 80% da massa de água existente no sistema, tem-se que: QL mv L QL 0,8 m540 QL 43 m J Por uma regra de três simples: 1min 16 m J x min 43 m J 43 m x 16 m x 7 min

11 Logo, o tempo total para o procedimento será o tempo que leva para o aquecimento inicial da água mais o tempo que leva para vaporizar 80% dela. ttotal 5 7 ttotal 3 minutos Resposta da questão 7: a) Neste caso o calor latente é igual ao calor sensível do líquido. Qlat Qsens mg Lf mliq cliq ΔTliq Isolando a massa do líquido e substituindo os valores: mglf mliq cliq ΔTliq 5 kg 80 cal / g mliq mliq 0 kg 1 cal / g C 8 8 C b) O calor trocado pela água resultante do derretimento do gelo é dado pelo calor sensível. Qsens m c ΔT Qsens 5 kg1cal / gc 8 0C Qsens 140 kcal Resposta da questão 8: [C] A troca térmica é realizada entre a água e o gelo, devido não haver troca com o meio externo. Com isso a água vai esfriando enquanto que o gelo se aquece. O equilíbrio térmico se estabelece quando não houver mais diferença de temperatura. Então Q 0 Q Q 0 1 Analisando o resfriamento da água até o ponto de congelamento: Q1 m1 c1 ΔT1 cal Q1 00g 1 0C 5C 5000cal gc O aquecimento do gelo até o ponto de fusão: Q m c ΔT cal Q1 400g 0,5 0C 5C 5000cal gc Temos aqui o equilíbrio térmico atingido: Q1Q 0 Como o sistema não troca calor com o meio externo, conclui-se que terá mais gelo do que água devido à impossibilidade de mudança de fase pela necessidade de mais calor. Como o sistema continua tendo mais gelo que água, ele continua assim. Resposta da questão 9:

12 [C] Sendo o calor sensível dado por: Q mc ΔT O calor específico explicitado fica: Q c m ΔT Calculando com os valores fornecidos: 470 cal cal c 0, g 70C 0C g C Resposta da questão 10: 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 m c 500 0,15 C 75 cal/ Resposta da questão 11: [B] Para que o sistema esteja em equilíbrio térmico, o somatório dos calores trocados entre os corpos deve ser igual a zero: Q 0 O calor será transferido do recipiente e da garrafa para o gelo que, primeiramente, será aquecido até a temperatura de fusão (calor sensível) e depois derretido (calor latente). Nominando os calores trocados: Q1 C ΔT É o calor trocado pelo recipiente Q m c T refrig água Δ refrig É o calor trocado pela garrafa de refrigerante Q m c T 3 gelo gelo Δ gelo É o calor sensível recebido pelo gelo até a temperatura de fusão Q4 mgelo Lfusão É o calor latente devido à fusão do gelo Considerando o derretimento de todo o gelo: cal Q1 C ΔT Q C Q cal C cal Q mrefrig cágua ΔTrefrig Q 000 g1 0 5C Q cal gc

13 cal Q3 mgelo cgelo ΔTgelo Q3 600 g0,5 0 10C Q cal gc cal Q4 mgelo Lfusão Q4 600 g80 Q cal g Como a soma de todo o calor cedido ( cal) e todo o calor recebido (51000 cal) é igual a zero, podemos concluir que a totalidade do gelo derrete e o sistema entra em equilíbrio térmico a 0 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 13: [B] Justificando as incorretas: [I] Incorreta. A evaporação é um processo de vaporização que ocorre abaixo da temperatura de ebulição. [II] Correta. [III] Incorreta. Não ocorre convecção porque a água quente, menos densa, está na superfície, não realizando movimento descendente. Resposta da questão 14: [D] De acordo com a equação de Fourier, o fluxo Φ por unidade de área (A) é: Φ k ΔT Φ 400 W/m. A Δx 0,5 0,15 0,1 A Resposta da questão 15: [B] 4 7 Q M c Δθ 610 0, Q 6 10 kj. Resposta da questão 16: [E] O jornal (papel) é um mau condutor térmico, ou seja, um bom isolante térmico. Diante disto, para evitar a troca de calor entre o ambiente externo e o sistema proposto, o ideal é montar o sistema com o jornal no topo, funcionando como uma tampa. Como o ar frio é mais denso do que o ar quente e consequentemente ficará concentrado no fundo do isopor, o gelo deve ficar por cima do refrigerante.

14 Logo, resposta correta é a alternativa [E]. Resposta da questão 17: [D] Sabendo que Q m c ΔT, pode-se encontrar os valores de Q 1 e Q pelos dados fornecidos no gráfico. Desta forma, Q1 0, Q1 J e Q 6 0,1, Q 10 6 Q 16J Logo, Q1 1 Q 16 8

15 Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: 1/1/015 às 3:16 Nome do arquivo: ANEXO 5 - CALORIMETRIA Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro Q/prova Q/DB Grau/Dif. Matéria Fonte Tipo Baixa... Física... Unifesp/ Analítica Média... Física... Pucsp/ Múltipla escolha Média... Física... Pucrj/ Múltipla escolha Baixa... Física... Unesp/ Múltipla escolha Média... Física... G1 - ifsul/ Múltipla escolha Elevada... Física... Uema/ Analítica Média... Física... Pucrj/ Analítica Média... Física... Upe/ Múltipla escolha Média... Física... Pucrj/ Múltipla escolha Baixa... Física... Uerj/ Analítica Média... Física... Epcar (Afa)/ Múltipla escolha Baixa... Física... Ueg/ Múltipla escolha Baixa... Física... Ufsm/ Múltipla escolha Baixa... Física... Ufsm/ Múltipla escolha Baixa... Física... Unicamp/ Múltipla escolha Baixa... Física... Cefet MG/ Múltipla escolha Média... Física... Cefet MG/ Múltipla escolha