Física Professor Alfredo 08 Aluno (a): 26/03/2013 01. Após um carpinteiro enterrar um enorme prego de ferro em uma viga de peroba, verifica-se que a temperatura do mesmo elevou-se em 10 ºC. calor específico do ferro = 0,1 cal/(g ºC) massa do prego = 50 g 1 cal = 4,2 J O gráfico mostra a temperatura de 20 gramas de um líquido, inicialmente a 0 o C, em função da quantidade de calor absorvida. cal Sabendo-se que o calor específico do líquido é 0,6, é o g. C correto afirmar que o calor latente de vaporização para esse líquido, em cal/g, é igual a a) 100 b) 200 c) 300 d) 400 e) 500 Admitindo que 60% da energia transferida pelo martelo tenha acarretado a elevação da temperatura do prego e, considerando que o carpinteiro tenha desferido 50 golpes com seu martelo sobre o prego, a energia média, em joules, transferida em cada martelada é: a) 10. b) 9. c) 8. d) 7. e) 6. 02. (UEPG PR) Três amostras de diferentes materiais são sujeitas a um experimento que consiste em, com auxílio de uma fonte térmica, transferir calor para as amostras. Os calores específicos e as massas das amostras são indicados no quadro abaixo e durante o experimento não há mudança de estado físico. Sobre as conclusões desse experimento, assinale o que for correto. Amostra c(cal / gºc) m(g) a 0,2 150 b 0,6 100 c 1,0 50 04. (UFMG) Num Laboratório de Física, faz-se uma experiência com dois objetos de materiais diferentes R e S, mas de mesma massa, ambos, inicialmente, no estado sólido e à temperatura ambiente. Em seguida, os dois objetos são aquecidos e, então, mede-se a temperatura de cada um deles em função da quantidade de calor que lhes é fornecida. Os resultados obtidos nessa medição estão representados neste gráfico: 01. Se a mesma quantidade de calor, Q, for cedida para as amostras a e b, então θ b = 2 θ a. 02. Se as amostras b e c sofrem a mesma variação de temperatura, então Q b = 1,2 Q c. 04. Se as três amostras receberem a mesma quantidade de calor, a temperatura final da amostra a será maior do que as temperaturas finais das amostras b e c. 08. As capacidades térmicas das amostras a e b valem, respectivamente, 30 cal/g e 60 cal/g. 16. Se as amostras a e c receberem, respectivamente, quantidades de calor iguais a Q a e Q c = Q a /3, então θ a = 5 θ c. 03. (UEFS BA) Sejam L R e L S o calor latente de fusão dos materiais R e S, respectivamente, e c R e c S o calor específico dos materiais, no estado sólido, também respectivamente. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que a) c R < c S e L R < L S. b) c R < c S e L R > L S. c) c R > c S e L R < L S. d) c R > c S e L R > L S. 05. (UFU MG) Um grupo de estudantes de uma escola queria estimar a altura do prédio mais alto da cidade em que mora. Para isso, eles dispunham de 100 pequenas esferas de chumbo de massa 50 g cada, de um calorímetro, um termômetro, uma régua e uma máquina fotográfica. Realizaram, então, dois procedimentos: Procedimento 1: alguns estudantes colocaram todas as bolinhas de chumbo dentro de um saco plástico bem resistente e largaram o saco plástico, do repouso, do último andar do prédio. Ao tocar o solo, o saco plástico contendo as esferas de chumbo foi rapidamente colocado em um calorímetro, evitando-se assim perdas de calor para o meio externo. www.cursosimbios.com.br 1
Um termômetro, acoplado ao calorímetro, indicou um aumento da temperatura média das esferas de chumbo em 6ºC e, utilizando todos os dados, os estudantes estimaram a altura do prédio. Procedimento 2: outro grupo de estudantes posicionou-se na esquina e fotografou o abandono do saco plástico contendo as bolinhas de chumbo, disparando a máquina fotográfica a cada segundo após o abandono do saco plástico. Utilizando a primeira foto que tiraram (t = 1s), mediram, com a régua, a posição do saco plástico em relação ao topo do prédio e a altura do prédio. A partir desses dados, os estudantes determinaram a altura do prédio. b) Calcule a energia potencial elástica da mola para um deslocamento de 10cm. c) Calcule a variação da temperatura da água para o caso (B), considerando que toda a energia potencial elástica da mola seja transferida para a água na forma de calor. ch 2 O = 1cal/g º C, 1cal 4,2 joules e densidade da água = 1g / cm 3. 08. (PUC SP) O gráfico seguinte representa um trecho, fora de escala, da curva de aquecimento de 200 g de uma substância, aquecida por uma fonte de fluxo constante e igual a 232 cal/min Sabendo que o calor específico do chumbo é 130 J/(kg ºC) e que a aceleração da gravidade local é 10 m/s 2, responda: a) Qual a altura do prédio obtida pelos estudantes ao realizarem o procedimento 1, desprezando-se as trocas de calor entre as esferas de chumbo e as paredes internas do calorímetro? b) Qual a altura do prédio obtida pelos estudantes ao realizarem o procedimento 2 e obterem 1,5 cm para a posição do saco plástico em relação ao topo do prédio e 24 cm para a altura do prédio na primeira foto tirada? 06. (UFT TO) Um cubo de certo material metálico com 5cm de lado, e temperatura de 100 ºC é imerso em um recipiente cilíndrico de diâmetro 10cm com água a 25 ºC. O nível inicial da água no recipiente antes da imersão do cubo é 20cm. O recipiente não perde calor para o ambiente. Desprezando a variação de volume da água e do material com a variação de temperatura, a temperatura final após o equilíbrio térmico é, aproximadamente: 3 densidade do material ρ água = 1000[kg/m ], densidade da água ρ 3 água= 1000[kg/m ], calor específico do material c mat = 418[J/(kg k)] e calor específico da água, c água = 4,18[kJ/(kg K)]. Sabendo que a substância em questão é uma das apresentadas na tabela abaixo, o intervalo de tempo t é, em minutos, um valor Calor específico Calor Latente Substância no estado líquido (cal/g.ºc) de Ebulição (cal/g) Água 1,0 540 Acetona 0,52 120 Acido acético 0,49 94 Álcool Etílico 0,58 160 Benzeno 0,43 98 a) acima de 130. b) entre 100 e 130. c) entre 70 e 100. d) entre 20 e 70. e) menor do que 20. a) 50 ºC b) 52 ºC c) 37 ºC d) 26 ºC 09. (UFG GO) Uma caixa térmica rígida e hermeticamente fechada contém um mol de ar a 27 ºC e 1 atm. Se 100 g de mercúrio a 327 ºC forem injetados na caixa, calcule a pressão e a temperatura do ar após o equilíbrio térmico ter sido atingido. Despreze a capacidade térmica da caixa e a variação de volume do ar com a injeção do mercúrio. calor molar do ar a volume constante = 21 J/mol K; calor específico do mercúrio líquido = 0,14 J/g K. 10. (UFU MG) Misturam-se N elementos diferentes dentro de um recipiente de paredes adiabáticas (calorímetro). Supondo que não ocorra nenhuma mudança de fase e, desprezando-se as trocas de calor entre os elementos e as paredes do calorímetro, pode-se determinar a temperatura final do sistema, por meio da relação Q 1 + Q2 +... + QN + = 0, onde Q = mc( θfinal θinicial), desde que sejam conhecidos: 07. (UFOP MG) Considere uma partícula presa a uma mola ideal de constante elástica k = 420 N/m e mergulhada em um reservatório térmico, isolado termicamente, com 10 litros de água. Se distendermos a mola 10cm além de seu ponto de equilíbrio e a soltarmos, ela passa a executar oscilações com amplitudes decrescentes até parar. I. a temperatura inicial de cada elemento ( θ inicial ). a) Qual foi a força necessária para distender a mola de 10cm? II. o calor específico de cada elemento (c). III. a massa de cada elemento (m). www.cursosimbios.com.br 2
Se, devido a um defeito no calorímetro, houver perda de calor para o meio externo, a soma Q1 + Q2 +... + QN será sempre a) positiva ou negativa, dependendo da quantidade de calor trocado dentro do calorímetro. b) positiva. c) igual a zero. d) negativa. TEXTO: 1 - Comum à questão: 11 OBSERVAÇÃO Nas questões em que for necessário, adote para g, aceleração da gravidade na superfície da Terra, o valor de 10 m/s 2 ; para a massa específica (densidade) da água, o valor de 1000 kg/m 3 = 1 g/cm 3 ; para o calor específico da água, o valor de 1,0 cal /(g ºC); para uma caloria, o valor de 4 joules. 11. (FUVEST SP) 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 TEXTO: 2 - Comum à questão: 12 TEXTO: 3 - Comum à questão: 13 OBSERVAÇÃO: Nas questões em que for necessário, adote para g, aceleração da gravidade na superfície da Terra, o valor de 10 m/s 2 ; para c, velocidade da luz no vácuo, o valor de 3 10 8 m/s. 13. (FUVEST SP) 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, podese utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO 3 ), aumentando sua temperatura de 300 ºC para 550 ºC, fazendo-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300 ºC. Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de gasolina, necessita-se de uma massa de NaNO 3 igual a Poder calorífico da gasolina 3 Calor específico do NaNO3 = 1,2 10 J/kg ºC a) 4,32 kg. b) 120 kg. c) 240 kg. d) 3 10 4 kg. e) 3,6 10 4 kg. 7 = 3,6 10 J/L 14. (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. A tabela abaixo mostra a quantidade de alguns dispositivos elétricos de uma casa, a potência consumida por cada um deles e o tempo efetivo de uso diário no verão. Dispositivo ar - condicionado geladeira lâmpada Quantidade 2 1 10 Considere os seguintes valores: Potência (kw) 1,5 0,35 0,10 densidade absoluta da água: 1,0 g/cm 3 calor específico da água: 1,0 cal g 1 ºC 1 1 cal = 4,2 J custo de 1 kwh = R$ 0,50 Tempo efetivo de uso diário (h) 8 12 6 12. (UERJ) No inverno, diariamente, um aquecedor elétrico é utilizado para elevar a temperatura de 120 litros de água em 30 ºC. Durante 30 dias do inverno, o gasto total com este dispositivo, em reais, é cerca de: a) 48 b) 63 c) 96 d) 126 Determine as capacidades térmicas de X e Y e, também, os calores específicos das substâncias que os constituem. 15. (UFG GO/2012) Em um dia de verão, o asfalto encontrava-se a uma temperatura de 60 ºC, e uma chuva de 3 mm foi suficiente para resfriá-lo até a temperatura de 30 ºC. A água da chuva estava inicialmente a 20 ºC. Considerando-se que a água é completamente evaporada a uma temperatura média de 40 ºC, calcule para cada metro quadrado de asfalto: c água = 1,0 cal/gºc L = 540 cal/g ρ água = 1,0 g/cm 3 = 10 3 kg/cm 3 a) a massa de água da chuva que caiu no solo; b) a capacidade térmica do asfalto. www.cursosimbios.com.br 3
16. (MACK SP/2012) Certo estudante, em um laboratório de Física, na Inglaterra, realizou uma experiência que envolvia trocas de calor. Durante uma parte do trabalho, teve de aquecer um corpo de massa 1,00 kg, constituído de uma liga de alumínio, cujo calor específico é c = 0,215 cal/(g.ºc). A temperatura do corpo variou de 212 ºF até 392 ºF. Considerando que 1 caloria = 4,2 J, a energia térmica recebida por esse corpo foi aproximadamente a) 160 kj b) 90 kj c) 40 kj d) 16 kj e) 9 kj 17. (UNICAMP SP/2012) Em 2015, estima-se que o câncer será responsável por uma dezena de milhões de mortes em todo o mundo, sendo o tabagismo a principal causa evitável da doença. Além das inúmeras substâncias tóxicas e cancerígenas contidas no cigarro, a cada tragada, o fumante aspira fumaça a altas temperaturas, o que leva à morte células da boca e da garganta, aumentando ainda mais o risco de câncer. a) Para avaliar o efeito nocivo da fumaça, N 0 = 9,0 10 4 células humanas foram expostas, em laboratório, à fumaça de cigarro à temperatura de 72ºC, valor típico para a fumaça tragada pelos fumantes. Nos primeiros instantes, o número de células que permanecem vivas em função do tempo t é dado por N(t) = N 0 1 2t, onde τ τ é o tempo necessário para que 90% das células morram. O gráfico abaixo mostra como τ varia com a temperatura θ. Quantas células morrem por segundo nos instantes iniciais? Observando-se o Gráfico, pode-se concluir que a quantidade de calor necessária para liquefazer a massa de 1,0g de água e elevar sua temperatura de 0ºC até 100ºC é, respectivamente, a) 105 cal e 80 cal. b) 105 cal e 100 cal. c) 80 cal e 105 cal. d) 100 cal e 105 cal. 19. (UEL PR/2011) Um martelo de massa M = 1,2 kg, com velocidade de módulo 6, 5 m/s, golpeia um prego de massa m = 14 g e para, após cada impacto. Considerando que o prego absorve toda a energia das marteladas, uma estimativa do aumento da temperatura do prego, gerado pelo impacto de dez marteladas sucessivas, fornecerá o valor aproximado de: Dado: Calor específico do ferro c = 450J/kgºC a) 40 ºC b) 57 ºC c) 15 ºK d) 57 ºK e) 15 ºF b) A cada tragada, o fumante aspira aproximadamente 35 mililitros de fumaça. A fumaça possui uma capacidade J calorífica molar C = 32 e um volume molar de 28 K mol litros/mol. Assumindo que a fumaça entra no corpo humano a 72ºC e sai a 37ºC, calcule o calor transferido ao fumante numa tragada. 18. (UFRN/2011) A existência da água em seus três estados físicos, sólido, líquido e gasoso, torna nosso Planeta um local peculiar em relação aos outros Planetas do Sistema Solar. Sem tal peculiaridade, a vida em nosso Planeta seria possivelmente inviável. Portanto, conhecer as propriedades físicas da água ajuda a melhor utilizála e assim contribuir para a preservação do Planeta. Na superfície da Terra, em altitudes próximas ao nível do mar, os estados físicos da água estão diretamente relacionados à sua temperatura conforme mostrado no Gráfico ao lado. Esse Gráfico representa o comportamento de uma massa de 1,0 g de gelo a uma temperatura inicial de 50ºC, colocada em um calorímetro que, ligado a um computador, permite determinar a temperatura da água em função da quantidade de calor que lhe é cedida. 20. (UERJ/2012) Em um reator nuclear, a energia liberada na fissão de 1 g de urânio é utilizada para evaporar a quantidade de 3,6 x 10 4 kg de água a 227 o C e sob 30 atm, necessária para movimentar uma turbina geradora de energia elétrica. Admita que o vapor d água apresenta comportamento de gás ideal. O volume de vapor d água, em litros, gerado a partir da fissão de 1 g de urânio, corresponde a: a) 1,32 x 10 5 b) 2,67 x 10 6 c) 3,24 x 10 7 d) 7,42 x 10 8 21. (UECE/2012) O gráfico abaixo ilustra a temperatura de certa quantidade de água em função da energia fornecida. Considerando o calor específico do gelo 2090 J/(kg ºC) e 3,33 10 5 J/kg seu calor latente de fusão, a massa de água gerada após fundir todo o gelo é, aproximadamente, a) 159 kg. b) 1 kg. c) 159 g. d) 1 g. www.cursosimbios.com.br 4
22. (UFG GO/2012) Em um dia ensolarado, uma criança brinca com uma lupa de diâmetro de 10 cm e resolve derreter uma pequena pedra de gelo de massa 1g, focalizando a luz solar. Considere que a pedra de gelo está inicialmente a uma temperatura de -14 ºC, que o valor da irradiação solar incidente é de 420 W/m 2 e que o gelo absorve 80% dessa energia. 1 cal 4,2 J Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g Calor específico do gelo: 0,50 cal/g ºC π 3 Considerando os dados apresentados, calcule: a) a quantidade de energia em calorias para derreter completamente a pedra de gelo; b) o tempo, em segundos, que a criança irá esperar até a pedra de gelo derreter-se completamente, sendo, nesse caso, desprezado o calor do meio ambiente. 23. (UFTM/2012) Foram colocadas em uma caixa térmica, que contém gelo a 0 ºC, 180 latinhas de refrigerante, de 350 ml cada, que se encontravam inicialmente a 20 ºC. 25. (UNISA SP/2012) Luísa, uma garota muito esperta e prestativa, tem, entre suas tarefas em casa, encher as forminhas de gelo com água e colocá-las no congelador. Em determinado dia, a menina usou 250 g de água, à temperatura de 20 ºC para congelar. Seu congelador utiliza potência constante de 5,0 cal/s para formar o gelo, cujo calor latente de solidificação é igual a 80 cal/g. Sendo o calor específico da água igual a 1,0 cal/g.ºc, para encontrar a água colocada totalmente convertida em gelo, Luísa deverá abrir o congelador em, no mínimo, a) 1 000 s. b) 2 000 s. c) 3 000 s. d) 4 000 s. e) 5 000 s. 26. (UFRN/2011) O Meio Ambiente é repleto de situações nas quais a variação de temperatura pode provocar belas mudanças na paisagem. Por exemplo, a placidez da superfície da água de um lago muda completamente para a rigidez da superfície de gelo quando uma frente fria provoca o congelamento da água. Nessa situação, algo ainda mais curioso acontece: a água fica congelada na superfície formando uma camada de gelo, mas continua no estado líquido abaixo dessa camada, permitindo assim a preservação da vida aquática. Tal fenômeno deve-se ao comportamento anômalo da densidade desse precioso líquido, mostrado no Gráfico abaixo. Considere que 180 latinhas equivalem a 3 kg de alumínio, que a densidade do refrigerante é 1g/mL, que o calor específico do alumínio é 0,2 cal/(g ºC), o calor específico do refrigerante é 1,0 cal/(g ºC) e que o calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g. Despreze ainda a capacidade térmica da caixa e suponha que não haja troca de calor com o meio ambiente. Para que o líquido no interior das latinhas de alumínio atinja a temperatura de 0 ºC ainda em estado líquido, a massa aproximada de gelo em fusão, em kg, que deverá ser convertida em água a 0 ºC será a) 18. b) 16. c) 14. d) 10. e) 8. 24. (FEPECS DF/2012) No interior de um calorímetro ideal, são inseridos 10,0g de vapor d água a 100ºC e 67,5g de gelo a 0ºC, sempre à pressão atmosférica. Sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo é 80cal/g e que o calor latente da liquefação do vapor é 540cal/g, podemos afirmar que, após estabelecido o equilíbrio térmico, há, dentro do calorímetro, apenas: a) vapor d água a 100ºC; b) vapor d água e água a 100ºC; c) água a uma temperatura entre 0ºC e 100ºC; d) água e gelo a 0ºC; e) gelo a 0ºC. O processo de troca de calor no interior do lago, entre as temperaturas inicial de 10ºC e final de 0ºC, permite entender o motivo pelo qual se forma uma camada de gelo na superfície enquanto, abaixo dela, a água permanece em estado líquido. Destas informações, é correto concluir que: a) entre 4ºC e 0ºC, à medida que a temperatura diminui, a densidade da água diminui também, impedindo a troca de calor por convecção e permitindo o resfriamento da água por condução. b) entre 4ºC e 0ºC, à medida que a temperatura diminui, a densidade da água aumenta, permitindo a troca de calor por convecção e impedindo o resfriamento da água por condução. c) entre 10ºC e 4ºC, à medida que a temperatura diminui, a densidade da água diminui também, impedindo a troca de calor por condução e permitindo o resfriamento da água por convecção. d) entre 10ºC e 4ºC, à medida que a temperatura diminui, a densidade da água aumenta, permitindo a troca de calor por condução e impedindo o resfriamento da água por convecção. www.cursosimbios.com.br 5
27. (UFU MG/2011) A saúde das pessoas pode estar relacionada, entre outros fatores, às características físicas dos locais onde vivem. Jogadores de futebol, por exemplo, costumam perceber diferenças em seus desempenhos físicos quando os comparam em distintas localidades. Imagine que, em um determinado dia, os dados obtidos em duas cidades, A e B, são os especificados abaixo: Cidade A B Temperatura ( C) 23 29 Pressão atmosférica (mmhg) 760 320 Umidade relativa do ar (%) 92 46 Altitude em relação ao nível do mar (m) 0 6.400 A partir dos dados apresentados na tabela, responda: a) Em qual dessas duas cidades um jogador possivelmente sentirá maior desconforto térmico? Justifique sua resposta. b) Imagine duas amostras de água, com o mesmo volume, densidade e temperatura, as quais foram submetidas ao processo de transformação do estado líquido para o gasoso. Para uma delas (amostra 1) são necessárias 268 cal para que o processo se complete, ao passo que para a outra (amostra 2), são necessárias 497 cal. Explique em qual cidade cada uma das amostras foi submetida ao teste e por que necessitaram de quantidades diferentes de calor no processo. TEXTO: 1 - Comum à questão: 28 Se necessário considerar os dados abaixo: Aceleração da gravidade: 10 m/s 2 Densidade da água: 1 g/cm 3 = 10 3 kg/m 3 Calor específico da água: 1 cal/g. C Carga do elétron = 1,6 x 10 19 C Massa do elétron = 9 x 10 31 kg Velocidade da luz no vácuo = 3 x 10 8 m/s Constante de Planck = 6,6 x 10 34 J.s sen 37 = 0,6 cos 37 = 0,8 28. (UFPE/2011) Uma pessoa que deseja beber água fresca, mistura duas porções, de 150 ml cada; uma, à temperatura de 5 ºC, e a outra à temperatura de 31 ºC. Após algum tempo, ela verifica que a temperatura da mistura é de 16 ºC. Determine o módulo da quantidade de calor que é cedido para o ambiente (sala mais copo). Expresse sua resposta em unidades de 10 2 calorias. 01. D 02. 30 03. A 04. C GABARITO: 05. a) h = 78 m b) H = 80 m 07. a) 42 N b) 2,1 J c) 5 10 º C 08. A 09. P 2 = 1,4 atm e T = 420 K 10. D 11. B 12. B 13. B 14. Capacidades térmicas C X = 10 cal/k C Y = 4 cal/k Calores específicos c X = 0,5 cal g 1 K 1 c Y = 0,4 cal g 1 K 1 15. a) m = 3 10 3 g b) C = 5,6 10 4 cal/ºc 16. B 17. a) M = 3,6 10 4 células mortas por segundo b) Q = 1,4J 18. B 19. A 20. B 21. D 22. a) Q = 87 cal b) t = 145 s 23. B 24. C 25. E 26. A 27. a) Na cidade A, devido a pressão e umidade do ar mais elevada, porque o suor necessitará de mais energia térmica do corpo para evaporar e realizar a diminuição da temperatura do jogador. Mesmo que a temperatura seja relativamente baixa, a sensação de desconforto térmico é maior, pois a alta umidade do ar dificulta a evaporação de água do nosso corpo pelo suor. b) amostra 1- cidade B amostra 2 cidade A. Quanto maior for a altitude em relação ao nível do mar, menor será a temperatura de ebulição da água. Se ambas as amostras eram idênticas, a que atingirá a temperatura de ebulição anteriormente será a da cidade B. Ou seja, a evaporação na cidade B se realizará com menor absorção de energia pela água, pois a pressão de vapor do líquido é facilmente igualada à pressão atmosférica do local. Além disso, na cidade B há uma menor concentração de moléculas de água devido à menor umidade do ar, deixando o ambiente menos saturado e facilitando a evaporação. 5 06. D 28. 6 10 2 cal www.cursosimbios.com.br 6