1. (Puccamp 2016) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe!

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1 1. (Puccamp 2016) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 250 J de energia mecânica e agita, por meio de pás, 100 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50 C de sua temperatura. Adote 1cal = 4,2 J cágua = 1,0 cal g C. e O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de a) 16%. b) 19%. c) 67%. d) 81%. e) 84%. 150 ml (150 g) 2. (G1 - ifpe 2016) No preparo de uma xícara de café com leite, são utilizados de café, a 80 C, e 50 ml (50 g) 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 3. (Uerj 2016) 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. 6. A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores específicos é igual a 5 A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: a) 250 b) 300 c) 500 d) (Unesp 2015) 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 1

2 Carboidratos Proteínas Gorduras totais Gorduras saturadas Gordura trans Fibra alimentar Sódio 4,2 g 3 g 7,3 g 1,5 g 0 g 1 g 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 C. 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) (Uerj 2015) Para aquecer 1L de água contida em um recipiente de capacidade térmica desprezível, uma pessoa dispõe de um aquecedor elétrico portátil cuja potência é de 1273 W, quando submetido a uma tensão de 127V. Considere que toda a energia fornecida pelo aquecedor seja absorvida pela água. Nessas condições, calcule a variação de temperatura da água após o aquecedor inserido no recipiente ficar ligado por 165 segundos. 6. (Upe 2015) Uma resistência de 440 Ω utilizada por um aquecedor está conectada a uma tomada de 220 V de tensão. Sabendo que o aquecedor deve elevar a temperatura do ar de uma sala de dimensões 2,0 m 2,0m 2,5m em 6,0 C, determine por quanto tempo aproximadamente o aquecedor deve permanecer ligado. Considere que as paredes são termicamente isolantes. 3 Dados: o calor específico e a densidade do ar da sala são iguais a 1,0kJ(kg K) e 1,1kg / m, respectivamente. a) 1 min b) 6 min c) 10 min d) 220 min e) 360 min 2

3 7. (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. 8. (Enem 2015) 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. 9. (Unesp 2014) 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. 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. 3

4 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. 10. (Enem 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? a) 0,111. b) 0,125. c) 0,357. d) 0,428. e) 0, (Ufrgs 2012) O gráfico a seguir representa o calor absorvido por unidade de massa, Q/m, em função das variações de temperatura ΔT para as substâncias ar, água e álcool, que recebem calor em processos em que a pressão é mantida constante. (Considere que os valores de calor específico do ar, do álcool e da água são, respectivamente, 1,0 kj/kg. C, 2,5 kj/kg. C e 4,2 kj/kg. C.) Com base nesses dados, é correto afirmar que as linhas do gráfico identificadas pelas letras X, Y e Z, representam, respectivamente, a) o ar, o álcool e a água. b) o ar, a água e o álcool. c) a água, o ar e o álcool. d) a água, o álcool e o ar. e) o álcool, a água e o ar. 12. (Fmp 2016) Um ferro elétrico utilizado para passar roupas está ligado a uma fonte de 110 V, e a corrente que o atravessa é de 8 A. O calor específico da água vale 1cal (g C), e 1 caloria equivale a 4,18 J. A quantidade de calor gerada em 5 minutos de funcionamento desse ferro seria capaz de elevar a temperatura de 3 quilos de água a 20 C de um valor ΔT. O valor aproximado, em graus Celsius, desse aumento de temperatura, ΔT, é a) 168 b) 88 c) 0,3 d) 63 e) 21 4

5 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Se necessário, use 2 aceleração da gravidade: g = 10 m / s densidade da água: d = 1,0 kg / L calor específico da água: c = 1cal / g C 1cal = 4 J constante eletrostática: k = 9,0 10 N m / C constante universal dos gases perfeitos: R = 8 J / mol K 13. (Epcar (Afa) 2016) Deseja-se aquecer 1,0 L de água que se encontra inicialmente à temperatura de 10 C até atingir 100 C sob pressão normal, em 10 minutos, usando a queima de carvão. Sabendo-se que o calor de combustão do carvão é 6000 cal / g e que 80% do calor liberado na sua queima é perdido para o ambiente, a massa mínima de carvão consumida no processo, em gramas, e a potência média emitida pelo braseiro, em watts, são a) 15 ; 600 b) 75 ; 600 c) 15 ; 3000 d) 75 ; (Enem 2014) Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores Δh, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V. A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar a) maior pressão de vapor. b) menor massa molecular. c) maior compressibilidade. d) menor energia de ativação. e) menor capacidade calorífica. 15. (Unicamp 2013) A boa ventilação em ambientes fechados é um fator importante para o conforto térmico em regiões de clima quente. Uma chaminé solar pode ser usada para aumentar a ventilação de um edifício. Ela faz 5

6 uso da energia solar para aquecer o ar de sua parte superior, tornando-o menos denso e fazendo com que ele suba, aspirando assim o ar dos ambientes e substituindo-o por ar vindo do exterior. a) A intensidade da radiação solar absorvida por uma placa usada para aquecer o ar é igual a 400 W/m 2. A energia absorvida durante 1,0 min por uma placa de 2 m 2 é usada para aquecer 6,0 kg de ar. O calor J c = kg C específico do ar é Qual é a variação de temperatura do ar nesse período? 3 b) A densidade do ar a 290 K é ρ = 1,2 kg/m. Adotando-se um número fixo de moles de ar mantido a pressão constante, calcule a sua densidade para a temperatura de 300 K. Considere o ar como um gás ideal. 16. (Uerj 2012) Considere X e Y dois corpos homogêneos, constituídos por substâncias distintas, cujas massas correspondem, respectivamente, a 20 g e 10 g. O gráfico abaixo mostra as variações da temperatura desses corpos em função do calor absorvido por eles durante um processo de aquecimento. Determine as capacidades térmicas de X e Y e, também, os calores específicos das substâncias que os constituem. 17. (Unifesp 2009) O gráfico mostra as curvas de quantidade de calor absorvido em função da temperatura para dois corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de líquido. O bloco de metal, a 115 C, foi colocado em contato com o líquido, a 10 C, em um recipiente ideal e isolado termicamente. Considerando que ocorreu troca de calor somente entre o bloco e o líquido, e que este não se evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá a a) 70 C. b) 60 C. c) 55 C. d) 50 C. e) 40 C. 6

7 18. (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 C) e sai mais quente. Com isso, 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 é também água, a 85 C, mantida a uma vazão de 12 litros por minuto. Quando a temperatura de saída da água da serpentina for 40 C, será possível estimar que a água da tubulação principal esteja saindo a uma temperatura T de, aproximadamente, a) 75 C b) 65 C c) 55 C d) 45 C e) 35 C 19. (Ita 2007) A água de um rio encontra-se a uma velocidade inicial V constante, quando despenca de uma altura de 80 m, convertendo toda a sua energia mecânica em calor. Este calor é integralmente absorvido pela água, resultando em um aumento de 1 K de sua temperatura. Considerando 1 cal 4 J, aceleração da gravidade g = 10 m/s 2 e calor específico da água c = 1,0 calg -1 C -1, calcula-se que a velocidade inicial da água V é de a) 10 2 m/s. b) 20 m/s. c) 50 m/s. d) m/s. e) 80 m/s. 20. (Ufg 2007) Uma "bala perdida" disparada com velocidade de 200,0 m/s penetrou na parede ficando nela incrustada. Considere que 50% da energia cinética da bala foi transformada em calor, ficando nela retida. A variação de temperatura da bala, em C, imediatamente ao parar, é (Considere: Calor específico da bala: 250 J / kg C) a) 10 b) 20 c) 40 d) 80 e) (Ita 2007) Numa cozinha industrial, a água de um caldeirão é aquecida de 10 C a 20 C, sendo misturada, em seguida, à água a 80 C de um segundo caldeirão, resultando 10l, de água a 32 C, após a mistura. Considere que haja troca de calor apenas entre as duas porções de água misturadas e que a densidade absoluta da água, de 1 kg/l, não varia com a temperatura, sendo, ainda, seu calor específico c = 1,0 cal g -1 C -1. A quantidade de calor recebida pela água do primeiro caldeirão ao ser aquecida até 20 C é de 7

8 a) 20 kcal. b) 50 kcal. c) 60 kcal. d) 80 kcal. e) 120 kcal. 22. (Fuvest 2007) Dois recipientes iguais A e B, contendo dois líquidos diferentes, inicialmente a 20 C, são colocados sobre uma placa térmica, da qual recebem aproximadamente a mesma quantidade de calor. Com isso, o líquido em A atinge 40 C, enquanto o líquido em B, 80 C. Se os recipientes forem retirados da placa e seus líquidos misturados, a temperatura final da mistura ficará em torno de a) 45 C b) 50 C c) 55 C d) 60 C e) 65 C Gabarito: Resposta da questão 1: [E] Para calcular o rendimento deste dispositivo, é preciso descobrir quanto de energia é necessário para elevar a quantidade de água dada em 0,5 C. Assim, Q = m c ΔT Q = ,5 Q = 50 cal ou Q = 50 4,2 Q = 210 J Assim, 210 η = 250 η = 84 % Resposta da questão 2: [A] 8

9 ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) Qcafé + Qleite = 0 m c Δ θ+ mδc θ café leite T T 20 = 0 3T T 20 = 0 4T = 260 T = 65 C. Resposta da questão 3: [C] Do enunciado, temos que: CA = CB cb 6 = ca 5 ma = mb Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C = m c Podemos então dizer que: C = C A B ma ca = mb cb ca m = B cb ma 5 m = B 6 mb mb = 6 mb mb = 500 g Sabendo que, ma = mb ma = 600 g Como é pedido a amostra mais leve, logo a resposta é 500 g. Resposta da questão 4: [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E = = 900 kcal E = cal. Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos: 0,6 E 0, Q = m c Δ 0,6 θ E = mδ c θ m = = c Δ θ ( ) m = g. Resposta da questão 5: P = W; V = 1 L m = g; Δt = 165 s; c = 4,2 J/g C. Dados: 9

10 Q = m c ΔT Q P = Q = PΔt Δt PΔt m c ΔT = P t Δ T Δ= = m c ,2 ΔT 50 C. Resposta da questão 6: [C] Dados : 3 3 Δ = θ6 C = 6 K; V = 2,0 2,0 2,5 = 10 m ; d = 1,1 kg m ; 3 c = 1 kj/kg K = 10 J/kg K. Aplicando a equação do calor sensível associada à da potência elétrica dissipada num resistor: 2 U RdVc Δ θ Q = m c Δ θp t = Δd V c Δ θ Δt = d Vc Δ θ t = Δ R 2 U , Δt = t = Δ 600 s = min Δt = 10 min. Resposta da questão 7: Dados: m = 500 g; P = 100 cal/min. Q = m c ΔT Q P = Q = PΔt Δt ( ) ( ) PΔt m c ΔT = P t Δ c = = m ΔT c = 0,15 cal/g C. ( ) C = m c = 500 0,15 C = 75 cal/ C. Resposta da questão 8: [A] Da expressão do calor específico sensível: Q Q = m c Δ θ Δ = θ. m c O fluido arrefecedor deve receber calor e não sofrer sobreaquecimento. Para tal, de acordo com a expressão acima, o fluido deve ter alto calor específico. Resposta da questão 9: [B] O calor específico sensível representa uma espécie de "resistência" do material, ou da substância, à variação de temperatura. Assim, devido ao baixo calor específico, a temperatura da areia varia rapidamente quando recebe ou cede calor. Relativamente à areia, a água tem alto calor específico; havendo pouco vapor d água na atmosfera, não há um regulador térmico para impedir a grande amplitude térmica. Resposta da questão 10: 10

11 [B] Considerando o sistema termicamente isolado, temos: Qágua1 + Qágua2 = 0 mquente cágua ( 30 70) + mfria cágua ( ) mquente 5 1 mquente = = = 0,125. m 40 8 m fria Resposta da questão 11: [A] Da expressão do calor sensível: Q Q = m c ΔT c = m. ΔT Essa expressão mostra que, no gráfico apresentado, o calor específico sensível (c) é o coeficiente angular ou declividade da reta. Assim, à substância de menor calor específico corresponde a reta de menor declividade. Comparando: X ar; Y álcool; Z água. Resposta da questão 12: [E] A energia do ferro elétrico, em joules, é dada por: E = P Δt fria onde: P é a potência em watts Δt é o intervalo de tempo em segundos. Mas a potência relaciona-se com a tensão (volts) e a corrente (ampéres) dadas, com a seguinte expressão: P = U i Temos então a energia elétrica do ferro: 60 s E = U i Δt E = 110 V 8 A 5 min E = J 1 min Essa mesma energia é utilizada para aquecer 3 kg de água, com isso, temos que aplicar o calor sensível. Q = m c ΔT Onde: m é a massa da água em gramas; c é o calor específico da água em cal (g C), (transformar calorias em joules) ΔT é a diferença de temperatura em graus Celsius Logo, Δ Q J T = T = T 21 C m c Δ cal 4,18J Δ = 3000 g 1 g C 1 cal ( ) Resposta da questão 13: 11

12 [D] O calor necessário Q nec para aquecer a água será dado pelo calor sensível: Qnec = m c ΔT = 1000 g 1 cal / g C ( ) C nec 4 Q = 9 10 cal Como somente 20% do calor fornecido pela combustão do carvão Qforn representa o Q nec : Qnec = 0,2 Qforn cal 5 Qforn = = 4,5 10 cal 0,2 Logo, a massa de carvão será dada pela razão entre a quantidade total de calor emitida pela combustão e o calor de combustão por grama de carvão. 5 4,5 10 cal m = = 75 g 6000 cal / g Para o cálculo da potência, devemos transformar as unidades para o sistema internacional: 5 4 J 4,5 10 cal Q 5 forn 1 cal J P = = = = 3000 W Δt 60 s 600 s 10 min 1 min Resposta da questão 14: [E] Como mostrado no gráfico, para uma mesma elevação Δh, a quantidade calor absorvido pelo gás M é menor V ( Q ) do que a absorvida pelo gás M < Q V. Mas, para uma mesma variação Δ h, temos também uma mesma variação de volume ( ΔV). Como se trata de transformações isobáricas, os trabalhos realizados (W) também são iguais. Supondo gases ideais: WM = n RΔT M W = p ΔV = n R T Δ Δ WV = n RΔT V n ΔR TM = n R ΔT V TMΔ = TV = T. Δ Assim: QM < QV n CMΔT < n CV T Δ CM < C V. Resposta da questão 15: a) Dados: I = 400 W/m 2 ; A = 2 m 2 ; Δ = 1 min = 60 s. 12

13 Calculando a quantidade de calor absorvida e aplicando na equação do calor sensível: Q = I A Δt Q = = J. Q Q = m c Δ θ Δ = θ = m c Δ = θ8 C. b) Dados: T1 = 290 K; T2 = 300 K; ρ 1 = 1,2 kg/m 3. Sendo a pressão constante, da equação geral dos gases: Resposta da questão 16: CAPACIDADES TÉRMICAS: CALORES ESPECÍFICOS SENSÍVEIS: Resposta da questão 17: [E] Resolução V1 V2 m m ρ1 T1 1,2 290 = = ρ2 = = T1 T2 ρ1 T1 2 Tρ 2 T ρ2 = 1,16 kg / m. Qx 80cal 80cal Cx = = = Δ x θ ( )K 8K Cx = 10 cal K Qy 40cal 40cal Cy = = = Δ y θ ( )K 10K Cy = 4 cal K Cx = mx cx 10 = 20 cx cx = 0,5 cal gk Cy = my cy 4 = 10 cy cy = 0,4 cal gk Na leitura do gráfico: Para o líquido Q = C.ΔT 100 = Clíquido.40 Clíquido = 2,5 kj/ C Para o metal Q = C.ΔT 100 = Cmetal.100 Cmetal = 1 kj/ C Na troca de calor: Qlíquido + Qmetal = 0 2,5.(T 10) + 1.(T 115) = 0 2,5.T 25 + T 115 = 0 3,5.T 140 = 0 T = 140/3,5 = 40 C 13

14 Resposta da questão 18: [C] Resolução Em um minuto: Circulam 18 litros de água na serpentina 18 kg = g; T0 = 20 C; T = 40 C Q = m.c.δt = (40 20) = cal No mesmo minuto: 12 litros de água a ser resfriada 12 kg = g; T0 = 85 C; T =? Q = m.c.δt = (T 85) -30 = T 85 T = = 55 C Resposta da questão 19: [E] Resposta da questão 20: [C] Resposta da questão 21: [D] Resposta da questão 22: [B] 14