Calorimetria (Calor Sensível e Calor Latente) Profº Josemar

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1 Calorimetria (Calor Sensível e Calor Latente) Profº Josemar 1. (VUNESP-SP) Massas iguais de cinco líquidos distintos, cujos calores específicos estão dados na tabela adiante, encontram-se armazenadas, separadamente e à mesma temperatura, dentro de cinco recipientes com boa isolação e capacidade térmica desprezível. Se cada líquido receber a mesma quantidade de calor, suficiente apenas para aquecê-lo, mas sem alcançar seu ponto de ebulição, aquele que apresentará temperatura mais alta, após o aquecimento, será: a) a água. b) o petróleo. c) a glicerina. d) o leite. e) o mercúrio. 2. (FUVEST-SP) Um bloco de gelo que inicialmente está a uma temperatura inferior a 0 C recebe energia a uma razão constante, distribuída uniformemente por toda sua massa. Sabe-se que o calor específico do gelo vale aproximadamente metade do calor específico da água. Dentre as alternativas a seguir o gráfico que melhor representa a variação de temperatura T(em C) do sistema em função do tempo T(em s) é: 3. (PUC-SP) A experiência de James P. Joule determinou que é necessário transformar aproximadamente 4,2J de energia mecânica para se obter 1cal. Numa experiência similar, deixava-se cair um corpo de massa 50kg, 30 vezes de uma certa altura. O corpo estava preso a uma corda, de tal maneira que, durante a sua queda, um sistema de pás era acionado, entrando em rotação e agitando 500g

2 de água contida num recipiente isolado termicamente. O corpo caia com velocidade praticamente constante. Constatava-se, através de um termômetro adaptado ao aparelho, uma elevação total na temperatura da água de 14 C. Determine a energia potencial total perdida pelo corpo e de que altura estava caindo. Despreze os atritos nas polias, no eixo e no ar. Dados: calor específico da água: c=1cal/g C g=9,8m/s 2. a) Ep = 7000J; h = 0,5m. b) Ep = 29400J; h = 2m. c) Ep = 14700J; h = 5m. d) Ep = 7000J; h = 14m. e) Ep = 29400J; h = 60m. 4. (FUVESP-SP) Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de água quente, contendo 600g de água à temperatura inicial de 90 C. Após 4 horas 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 5. (FUVEST-SP) Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g. C Um bloco de massa 2,0kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 gramas de água que diminuem a sua temperatura de 1 C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 C. O calor específico do bloco, em cal/g. C, é: a) 0,2 b) 0,1 c) 0,15 d) 0,05 e) 0,01 6. (FUVEST-SP) Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g C Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é 6000kcal/kg. Aproximadamente quantos litros de água à temperatura de 20 C podem ser aquecidos até a temperatura de 100 C com um bujão de gás de 13kg? Despreze perdas de calor: a) 1 litro b) 10 litros

3 c) 100 litros d) 1000 litros e) 6000 litros 7. (UNICAMP-SP) Um aluno simplesmente sentado numa sala de aula dissipa uma quantidade de energia equivalente à de uma lâmpada de 100W. O valor energético da gordura é de 9,0kcal/g. Para simplificar, adote 1 cal=4,0j. a) Qual o mínimo de quilocalorias que o aluno deve ingerir por dia para repor a energia dissipada? b) Quantos gramas de gordura um aluno queima durante uma hora de aula? 8. (VUNESP-SP) Na cozinha de um restaurante há dois caldeirões com água, um a 20 C e outro a 80 C. Quantos litros se deve pegar de cada um, de modo a resultarem, após a mistura, 10 litros de água a 26 C? 9. (FUVEST-SP) Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120J/s. Uma "caloria alimentar" (1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4x10 3 J. Para nos mantermos saudáveis, quantas "calorias alimentares" devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos? a) 33 b) 120 c) 2,6 x 10 3 d) 4,0 x 10 3 e) 4,8 x (FATEC-SP) Um frasco contém 20g de água a 0 C. Em seu interior é colocado um objeto de 50g de alumínio a 80 C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0cal/g C e 0,10cal/g C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio desta mistura será: a) 60 C b) 16 C c) 40 C d) 32 C e) 10 C 11. (PUCAMP) A temperatura de dois corpos M e N, de massas iguais a 100g cada, varia com o calor recebido como indica o gráfico a seguir. Colocando N a 10 C em contato com M a 80 C e admitindo que a troca de calor ocorra somente entre eles, a temperatura final de equilíbrio, em C, será:

4 a) 60 b) 50 c) 40 d) 30 e) (FEI-SP) Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre os corpos. d) o corpo maior cede calor para o corpo menor. e) o corpo menor cede calor para o corpo maior. 13. (FEI-SP) Um calorímetro contém 200ml de água, e o conjunto está à temperatura de 20 C. Ao ser juntado ao calorímetro 125g de uma liga a 130 C, verificamos que após o equilíbrio térmico a temperatura final é de 30 C. Qual é a capacidade térmica do calorímetro? Dados: calor específico da liga: 0,20cal/g C calor específico da água: 1cal/g C densidade da água: 1000kg/m 3 a) 50 cal/ C b) 40 cal/ C c) 30 cal/ C d) 20 cal/ C e) 10 cal/ C 14. (VUNESP-SP) Quando uma enfermeira coloca um termômetro clínico de mercúrio sob a língua de um paciente, por exemplo, ela sempre aguarda algum tempo antes fazer a sua leitura. Esse intervalo de tempo é necessário a) para que o termômetro entre em equilíbrio térmico com o corpo do paciente. b) para que o mercúrio, que é muito pesado, possa subir pelo tubo capilar. c) para que o mercúrio passe pelo estrangulamento do tubo capilar. d) devido à diferença entre os valores do calor específico do mercúrio e do corpo humano. e) porque o coeficiente de dilatação do vidro é diferente do coeficiente de dilatação do mercúrio. 15. (PUC-SP) Uma barra de alumínio, inicialmente a 20 C, tem, nessa temperatura, uma densidade linear de massa igual a 2,8x10-3 g/mm. A barra é aquecida sofrendo uma variação de comprimento de 3mm. Sabe-se que o alumínio tem coeficiente de dilatação linear térmica igual a 2,4x10-5 C -1 e seu calor específico é 0,2cal/g C. A quantidade de calor absorvida pela barra é: a) 35 cal b) 70 cal c) 90 cal d) 140 cal e) 500 cal

5 16. (MACKENZIE-SP) Um corpo de massa 100g ao receber 2400 cal varia sua temperatura de 20 C para 60 C, sem variar seu estado de agregação. O calor específico da substância que constitui esse corpo, nesse intervalo de temperatura, é: a) 0,2 cal/g. C. b) 0,3 cal/g. C. c) 0,4 cal/g. C. d) 0,6 cal/g. C. e) 0,7 cal/g. C. 17. (PUC-SP) É preciso abaixar de 3 C a temperatura da água do caldeirão, para que o nosso amigo possa tomar banho confortavelmente. Para que isso aconteça, quanto calor deve ser retirado da água? O caldeirão contém 10 4 g de água e o calor específico da água é 1cal/g C. a) 20 kcal b) 10 kcal c) 50 kcal d) 30 kcal e) Precisa-se da temperatura inicial da água para determinar a resposta. 18. (FUVEST-SP) Dois recipientes de material termicamente isolante contêm cada um 10g de água a 0 C. Deseja-se aquecer até uma mesma temperatura os conteúdos dos dois recipientes, mas sem misturá-los. Para isso é usado um bloco de 100g de uma liga metálica inicialmente à temperatura de 90 C. O bloco é imerso durante um certo tempo num dos recipientes e depois transferido para o outro, nele permanecendo até ser atingido o equilíbrio térmico. O calor específico da água é dez vezes maior que o da liga. A temperatura do bloco, por ocasião da transferência, deve então ser igual a: a) 10 C b) 20 C c) 40 C d) 60 C e) 80 C 19. (FUVEST-SP) Em um copo grande, termicamente isolado, contendo água à temperatura ambiente (25 C), são colocados 2 cubos de gelo a 0 C. A temperatura da água passa a ser, aproximadamente, de 1 C. Nas mesmas condições se, em vez de 2, fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilíbrio, haveria no copo: a) apenas água acima de 0 C b) apenas água a 0 C c) gelo a 0 C e água acima de 0 C d) gelo e água a 0 C e) apenas gelo a 0 C

6 20. (MACKENZIE-SP) O gráfico a seguir mostra a variação da temperatura de certa massa de água (calor específico=1cal/g C e calor latente de vaporização=540cal/g), contida em um calorímetro ideal, a partir do instante em que uma fonte térmica começa a lhe fornecer calor à razão constante de 2160cal/minuto. A massa de água líquida contida no calorímetro, 25 minutos após o início de seu aquecimento, é de: a) 135 g b) 80 g c) 55 g d) 40 g e) 25 g 21. (FUVEST ªfase) Energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO 3 ), aumentando sua temperatura de 300ºC pra 550ºC, fazendo-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300ºC. Determine a massa de NaNO necessária para se armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1L de gasolina. 3 R: 120kg 22. (UEL ) Segundo as unidades convencionais usadas na Física Nuclear, a energia liberada na bomba lançada sobre a cidade de Hiroshima foi de 15 kton. Sabendo que 1 kton corresponde a 10 calorias e considerando que toda a energia liberada pela bomba seja usada para aquecer a água do Lago Igapó I de Londrina, cujo volume é, aproximadamente, 5 10 litros, e que a temperatura inicial é de 25ºC, a temperatura final da água do lago será de Dado: Calor específico da água: 1 cal/gºc 8 12 a) 30ºC b) 45ºC c) 55ºC. d) 65ºC e) 95ºC R:C

7 23. (PUC-CAMP) Se o convidarem para saborear um belo cozido português, certamente a última coisa que experimentará entre as iguarias do prato será a batata, pois ao ser colocada na boca sempre parecerá mais quente.... Mas será que ela está sempre mais quente, uma vez que todos os componentes do prato foram cozidos juntos e saíram ao mesmo tempo da panela? Sabemos que, ao entrarem em contato, objetos com temperaturas diferentes tendem a trocar calor até ficarem com a mesma temperatura. Parece estranho, não? Uma coisa é certa: ao comer o cozido a chance de você queimar a boca com a batata é muito maior do que com o pedaço de carne. Comprove isso no próximo cozido que tiver oportunidade de comer. (Aníbal Figueiredo. "Física - um outro lado - calor e temperatura." São Paulo. FTD, 1997) Uma batata de 100 g sai direto da geladeira (temperatura interna 6 C) para dentro da panela com 238 g de água (calor específico 1,0 cal/g. C) a 50 C. Depois de algum tempo, quando o equilíbrio térmico é atingido, a temperatura da batata é 40 C. Desprezando a troca de calor com o ambiente, pode-se afirmar corretamente que o calor específico da batata é, em cal/g. C, igual a a) 0,54 b) 0,65 c) 0,70 d) 0,80 e) 0,85 R: C 24. (UNICAMP) Uma sala tem 6 m de largura, 10 m de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o ar dentro da sala. Considere o calor específico do ar como sendo 30 J/ (mol K) e use R= 8 J/ (mol K). a) Considerando o ar dentro da sala como um gás ideal à pressão ambiente (P = 10 N/m²), quantos moles de gás existem dentro da sala a 27 C? b) Qual é a quantidade de calor que o refrigerador deve retirar da massa de ar do item (a) para resfriá-ia até 17 C? R: a) 1 10 mols b) 3 10 J (UNIFESP) Dois corpos, A e B, com massas iguais e a temperaturas t A = 50 C e t B = 10 C, são colocados em contato até atingirem a temperatura de equilíbrio. O calor específico de A é o triplo do de B. Se os dois corpos estão isolados termicamente, a temperatura de equilíbrio é a) 28 C. b) 30 C. c) 37 C. d) 40 C. e) 45 C. R: D 26. (UNESP) Um cubo de gelo com massa 67 g e a -15 C é colocado em um recipiente contendo água a 0 C. Depois de um certo tempo, estando a água e o gelo a 0 C, verifica-se que uma pequena quantidade de gelo se formou e se agregou ao cubo. Considere o calor específico do gelo J/(kg C) e o calor de fusão 33,5 10 J/kg. Calcule a massa total de gelo no recipiente, supondo que não houve troca de calor com o meio exterior. R: 73,3g (UERJ) O calor específico da água é da ordem de 1,0 cal/g. C e seu calor latente de fusão é igual a 80 cal/g. Determine a quantidade de energia necessária, em quilocalorias, para transformar 200 g de gelo a 0 C em água a 30 C. R: 22

8 28. (UFU) O gráfico a seguir representa a temperatura de uma amostra de massa 20 g de determinada substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Com base nessas informações, marque a alternativa correta. a) O calor latente de fusão da substância é igual a 30 cal/g. b) O calor específico na fase sólida é maior do que o calor específico da fase líquida. c) A temperatura de fusão da substância é de 300 C. d) O calor específico na fase líquida da substância vale 1,0 cal/g. C R: D 29. (UNIFESP 2010 Conhecimentos Específicos) Em uma experiência de Termologia, analisou-se a variação da temperatura, medida em graus Celsius, de 100g de uma substância, em função da quantidade de calor fornecido, medida em calorias. Durante o experimento, observou-se que, em uma determinada etapa do processo, a substância analisada apresentou mudança de fase sólida para líquida. Para visualizar o experimento, os dados obtidos foram apresentados em um gráfico da temperatura da substância como função da quantidade de calor fornecido. Determine: a) O calor especifico da substância na fase líquida e seu calor latente especifico de fusão. b) Após a substância atingir a temperatura de 80ºC, cessou-se o fornecimento de calor e adicionou-se à ela 50g de gelo a 0ºC. Supondo que a troca de calor ocorra apenas entre o gelo e a substância, determine a massa de água, fase líquida, em equilíbrio. Dados: Calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g Calor específico da água: 1,0 cal/(gºc) R: a) c = 0,1 cal/gºc, L = 4cal/g b) 12,5 g

9 30. (FATEC) Um frasco contém 20 g de água a 0 C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g C e 0,10 cal/g C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, determine a temperatura de equilíbrio desta mistura. R: 16

10 31. Um pedaço de gelo a 0 C é colocado em 200g de água a 30 C, num recipiente de capacidade térmica desprezível e isolado termicamente. O equilíbrio térmico se estabelece em 20 C. O calor latente de fusão do gelo é 80cal/g e o calor específico da água é 1,0cal/g. C. A massa do pedaço de gelo, usado no experimento, é: a) 10g b) 20g c) 30g d) 40g 32. (UNESP) Uma quantidade de 1,5 kg de certa substância encontra-se inicialmente na fase sólida, à temperatura de -20 C. Em um processo a pressão constante de 1,0 atm, ela é levada à fase líquida a 86 C. A potência necessária nessa transformação foi de 1,5 kj/s. O gráfico na figura mostra a temperatura de cada etapa em função do tempo. Calcule a) o calor latente de fusão L(f). b) o calor necessário para elevar a temperatura de 1,5kg dessa substância de 0 a 86 C

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