Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

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Tpico 31 (Fazu-MG) Tia Anastcia famosa por sua habilidade na cozinha. Um de seus pratos mais famosos o risoto de camaro feito em panela de pedra. Incia, sobrinha de Tia Anastcia, ao tentar reproduzir o famoso prato, frustou-se, pois, apesar de todos os cuidados e da bela aparncia do prato, quando do momento da retirada do fogo, surpreendeu-se com o fato de que, posto mesa, o arroz acabou por queimar. Ao questionar Tia Anastcia sobre o ocorrido, esta lhe respondeu que o segredo do cozimento dos alimentos em panela de pedra, para que a comida no queime, est no fato de se retirar a panela do fogo um pouco antes que o prato esteja totalmente cozido. Nas palavras de tia Anastcia: A quentura da panela acaba por cozer os alimentos mesmo que ela j no esteja mais no fogo. Dentre as afirmaes abaixo, qual a que explica corretamente a quentura da panela de pedra salientada por tia Anastcia? a) A capacidade trmica da panela de pedra muito pequena, fazendo com que a temperatura se mantenha elevada por muito tempo. b) A capacidade trmica da panela grande, permitindo que seu resfriamento se d com rapidez, passando todo o calor para o alimento, fazendo-o queimar. c) A capacidade trmica da panela grande, o que significa que, para uma pequena variao de temperatura no resfriamento, a panela irradia grande quantidade de calor, podendo acarretar a queima do alimento. d) A frase de Tia Anastcia mais uma crendice popular. O fato de a comida ter queimado no est relacionado panela de pedra, e sim ao tempo excessivo espera do prato na mesa. e) A pedra, de que feita a panela, tem a capacidade de reproduzir calor quando estimulada, acabando por queimar o alimento se o estmulo for muito grande.

A curva de aquecimento representada a: a) da gua. d) da acetona. b) do lcool etlico. e) do benzeno. c) do cido actico. Resoluo: Equao Fundamental da Calorimetria: Q = m c 3203,5 = 100 c (80 5,5) c = 0,43 cal/g C Na tabela, observa-se que a substncia em questo o benzeno. Resposta: e (Vunesp-SP) Um bloco de 600 g de prata, inicialmente a 20 C, aquecido at 70 C, ao receber 1 680 calorias. Determine: a) a capacidade trmica desse bloco de prata; b) o calor especfico da prata. Resoluo: a) C = Q C = 1 680 cal (70 20) C C b) c = m c = 33,6 cal/C 600 g3

C = 33,6 cal/ C

c = 0,056 cal/g C

Respostas: a) 33,6 cal/C; b) 0,056 cal/g C4 Uma garrafa trmica contm gua a 60 C. O conjunto garrafa trmica + gua possui capacidade trmica igual a 80 cal/C. O sistema colocado sobre uma mesa e aps algum tempo sua temperatura diminui para 55 C. Qual foi a perda de energia trmica para o ambiente nesse intervalo de tempo?

Resoluo: Em razo de ter grande capacidade trmica, esse tipo de panela, ao se resfriar, libera energia trmica, o que poder acarretar a queima do alimento. por isso que a panela deve ser retirada do fogo antes de a comida estar no ponto correto. Resposta: d (Fatec-SP) Na tabela, possvel ler os valores do calor especfico de cinco substncias no estado lquido, e no grfico representada a curva de aquecimento de 100 g de uma dessas substncias.Substncia gua lcool etlico cido actico Acetona BenzenoTemperatura (C) 80

2

Resoluo: Q = C Q = 80 (55 60) Q = 400 cal O sinal negativo indica que o sistema perdeu calor. |Q| = 400 cal Resposta: 400 cal5 A massa e o calor especfico sensvel de cinco amostras de materiais slidos e homogneos so fornecidos a seguir. Amostra A B C D E Massa (g) 150 50 250 140 400 Calor especfico (cal/g C) 0,20 0,30 0,10 0,25 0,15

Calor especfico (cal/g C) 1,00 0,58 0,49 0,52 0,43

5,5 3 203,5 Calorias

As cinco amostras encontram-se inicialmente mesma temperatura e recebem quantidades iguais de calor. Qual delas atingir a maior temperatura?

28

PARTE I TERMOLOGIA

Resoluo: Atingir maior temperatura a amostra que tiver menor capacidade trmica, isto , a amostra que precisar de menor quantidade de energia trmica para variar uma unidade de temperatura. Assim: C=mc CA = 150 0,20 CA = 30 cal/ C CB = 50 0,30 CB = 15 cal/ C CC = 250 0,10 CC = 25 cal/ C CD = 140 0,25 CD = 35 cal/ C CE = 400 0,15 CE = 60 cal/ C Resposta: b6 O chamado leite longa vida pasteurizado pelo processo UHT (Ultra High Temperature), que consiste em aquecer o leite da temperatura ambiente (22 C) at 137 C em apenas 4,0 s, sendo em seguida envasado em embalagem impermevel a luz e a micro-organismos. O calor especfico do leite praticamente igual ao da gua, 1,0 cal/g C. Assim, no aquecimento descrito, que quantidade de calor cada litro (1 000 g) de leite precisou receber? D sua resposta em quilocalorias (kcal).

9 O grfico mostra o aquecimento de um bloco de ferro de massa 500 g. O calor especfico do ferro igual a 0,12 cal/g C. (C) 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100 t (s)

Qual a potncia dessa fonte trmica, sabendo que seu rendimento foi de 50%? Resoluo: Pottil t = m c Pottil 100 = 1 000 0,12 (40 10) Pottil = 18 cal/s Como o rendimento foi de 50%, ento a potncia da fonte trmica o dobro da encontrada inicialmente: Pot = 18 2 cal/s Pot = 36 cal/s Resposta: 36 cal/s10 Uma fonte trmica de potncia constante fornece 50 cal/min

Resoluo: Q = m c Q = 1000 1,0 (137 22) (cal) Q = 115 000 cal Q = 115 kcal Resposta: 115 kcal Para o aquecimento de 500 g de gua, de 20 C a 100 C, utilizou-se uma fonte trmica de potncia 200 cal/s. Sendo o calor especfico da gua igual a 1,0 cal/g C, quanto tempo demorou esse aquecimento, se o rendimento foi de 100%? Resoluo: Q = m c Pot = Q Q = Pot t t Assim: Pot t = m c 200 t = 500 1,0 (100 20) t = 200 s = 3 min 20 s Resposta: 3 min 20 s7

para uma amostra de 100 g de uma substncia. (C) 50 40 30 20 10 0 5 10 15 20 25 t (min)

O grfico fornece a temperatura em funo do tempo de aquecimento desse corpo. Qual o valor do calor especf ico do material dessa substncia? Resoluo: Pot t = m c 50 20 = 100 c (50 10) c = 0,25 cal/g C Resposta: 0,25 cal/g C

8 Uma fonte trmica foi utilizada para o aquecimento de 1,0 L de gua (1 000 g) da temperatura ambiente (20 C) at o ponto de ebulio (100 C) num intervalo de tempo igual a 1 min 40 s com rendimento de 100%. Sendo o calor especfico da gua igual a 1,0 cal/g C, qual o valor da potncia dessa fonte?

11 (UFPE) (C) 30

Resoluo: Pot t = m c Pot 100 = 1 000 1,0 (100 20) Pot = 800 cal/s Resposta: 800 cal/s

25 0 10 t (s)

O grfico mostra a variao de temperatura em funo do tempo de uma massa de gua que est sendo aquecida por uma fonte de calor

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

29

cuja potncia 35 cal/s. Supondo que todo o calor gerado pela fonte seja absorvido pela gua, calcule a massa da gua, em gramas, que foi aquecida. Dado: calor especfico da gua: 1,0 cal/g C Resoluo: Pot t = m c 35 10 = m 1,0 (30 25) m = 70 g Resposta: 70 g12 A energia utilizada para a manuteno e o desempenho do

13 Voc sabia que uma barra de chocolate de 100 g pode fornecer ao nosso organismo 500 calorias alimentares (kcal)? Usando o dado acima e os seus conhecimentos de Fsica, responda aos itens a seguir. a) Se voc pudesse transferir essa energia (da barra de chocolate) para m gramas de gua a 0 C, na fase lquida, e esta atingisse a temperatura de ebulio (100 C), qual seria o valor de m? Dado: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C. b) Se uma pessoa de massa 70 kg ingerisse essa barra de chocolate e utilizasse toda essa energia para subir uma escada com degraus de 20 cm de altura, quantos degraus poderia subir? Dados: acelerao da gravidade = 10 m/s2; 1,0 cal = 4,2 J.

corpo humano obtida por meio dos alimentos que so ingeridos. A tabela a seguir mostra a quantidade mdia de energia absorvida pelo corpo humano a cada 100 gramas do alimento ingerido.Alimento alface batata frita chocolate em barra Coca-cola macarro cozido mamo margarina vegetal po repolho cru sorvete industrializado Pores (100 g) 20 folhas 2 unidades 1 tablete 1/2 copo 7 colheres de sopa 1 fatia 20 colheres de ch 2 fatias 10 folhas 2 bolas Energia (kcal) 15 274 528 39 111 32 720 269 28 175

Resoluo: a) Q = m c 500 103 = m 1,0 (100 0) m = 5,0 103 g b) =mgh = 4,2Q

4,2Q = m g h 4,2 500 103 = 70 10 h h = 3 000 m Portanto: h = n d 3 000 = n 0,20 n = 1,5 104 degraus Respostas: a) 5,0 10 g; b) 1,5 104 degraus14 (UFSCar-SP) Um dia, o zelador de um clube mediu a tempera-

Se for preciso, use: 1 caloria = 4,2 joules; calor especfico sensvel da gua = 1,0 cal/g C. Analisando a tabela, podemos concluir que, em termos energticos: a) o chocolate o alimento mais energtico dentre os listados; b) uma fatia de mamo equivale, aproximadamente, a 10 folhas de alface; c) um copo de Coca-cola fornece uma energia de, aproximadamente, 328 J; d) 0,50 kg de sorvete equivalente a, aproximadamente, 320 g de batatas fritas; e) um sanduche com 2 fatias de po, 2 folhas de alface e 2 folhas de repolho equivale a 1 unidade de batata frita. Resoluo: a) Falso O alimento mais energtico a margarina vegetal b) Falso 1 fatia de mamo 32 kcal 10 folhas de alface 7,5 kcal c) Falso 1 copo de Coca-Cola 2 39 kcal = 78 kcal = 327,6 kJ d) Verdadeiro 0,5 kg de sorvete 5 175 kcal = 875 kcal 320 g de batatas fritas 3,2 274 kcal = 876,8 kcal e) Falso 1 sanduche 269 + 15 + 28 kcal = 276,1 kcal 10 5 1 unidade de batatas fritas 274 kcal = 137 kcal 2 Resposta: d

tura da gua da piscina e obteve 20 C, o mesmo valor para qualquer ponto da gua da piscina. Depois de alguns dias de muito calor, o zelador refez essa medida e obteve 25 C, tambm para qualquer ponto do interior da gua. Sabendo que a piscina contm 200 m3 de gua, que a densidade da gua 1,0 103 kg/m3 e que o calor especfico da gua 4,2 103 J/kg C, responda: a) qual a quantidade de calor absorvida, do ambiente, pela gua da piscina? b) por qual processo (ou processos) o calor foi transferido do ambiente para a gua da piscina e da gua da superfcie para a gua do fundo? Explique. Resoluo: a) Na piscina, temos: d = m m = 1,0 103 200 (kg) v m = 2,0 105 kg Portanto: Q = m c Q = 2,0 105 4,2 103 (25 20) (J) Q = 4,2 109 (J) b) A gua da superfcie aquecida pelos raios solares atravs da radiao. Essa energia trmica levada gua do fundo da piscina por conduo. Respostas: a) 4,2 109 J; b) radiao e conduo.

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PARTE I TERMOLOGIA

15 (Fuvest-SP) Um ser humano adulto e saudvel consome, em

mdia, uma potncia de 120 J/s. Uma caloria alimentar (1,0 kcal) corresponde aproximadamente a 4,0 103 J. Para nos mantermos saudveis, quantas calorias alimentares devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos? a) 33 b) 120 c) 2,6 103 d) 4,0 103 e) 4,8 103 Resoluo: Q = Pot t Q = 120 86 400 (J) Q = 10 368 000 J Assim: n = 10 368 000 cal 4,0 103 n = 2 592 cal n Resposta: c16 E.R. Um watt a potncia necessria para produzir a energia

Resoluo: 1 200 000 4,2 J a) Pot = Q = 1 200 000 cal = t 1 dia 24 60 60 s Pot 58 W b) Q = m c 1 200 000 = m 1,0 (60 10) m = 2,4 104 g Respostas: a) 58 W; b) 2,4 104 g

58,3 J/s

2,6 103 cal

18 Um bom chuveiro eltrico, quando ligado na posio inverno, dissipa uma potncia de 6,4 kW, fornecendo essa energia gua que o atravessa com vazo de 50 gramas por segundo. Se a gua, ao entrar no chuveiro, tem uma temperatura de 23 C, qual a sua temperatura na sada? Dado: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; 1 cal = 4 J.

de um joule em um segundo. Uma caloria a quantidade aproximada de energia necessria para elevar em 1,0 C a temperatura de 1,0 grama de gua. Um aquecedor eltrico de potncia 1 500 W e capacidade de 135 litros est totalmente cheio com gua temperatura ambiente (20 C). Quanto tempo o aquecedor gasta para elevar a temperatura dessa gua at 60 C? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; densidade absoluta da gua = 1,0 kg/L; 1 caloria = 4 joules. Resoluo: Observe que:

Resoluo: Pot t = m c Pot = m c t Assim: 6 400 = 50 1,0 ( 23) f 4 32 = f 23 f = 55 C Resposta: 55 C19 (PUC-MG) Um recipiente adiabtico contm 500 g de gua, inicialmente a 20 C. O conjunto aquecido at 80 C, utilizando-se uma fonte de calor que desenvolve uma potncia til de 200 W. Considerando o calor especf ico da gua igual a 1,0 cal/g C e fazendo 1 cal igual a 4 J, quanto tempo foi gasto nesse aquecimento?

Pot = 1 500 W = 1 500 J = 375 cal/s s kg 135 L = 135 kg = 135 000 g d = m m = d V = 1,0 L V Usando a Equao Fundamental da Calorimetria, temos: Q = m c Mas: Q Pot = Pot t = Q t Ento: Pot t = m c Substituindo os valores fornecidos, temos: 375 t = 135 000 1,0 (60 20) t = 14 400 s = 240 min = 4,0 h t = 4,0 h17 (UFPel-RS) Um mdico, aps avaliao criteriosa, recomenda a

Resoluo: Pot t = m c 200 t = 500 1,0 (80 20) 4 t = 600 s = 10 min Resposta: 10 min20 Para determinar o calor especfico de um lquido, usou-se um bquer A contendo 250 g desse lquido, a chama de um bico de Bunsen de potncia constante e outro bquer B contendo 210 g de gua pura. Usando o bico de Bunsen alternadamente, o lquido do bquer A teve sua temperatura elevada em 10 C, em 20 s, enquanto a gua do bquer B teve variao de 8,0 C em 24 s. Qual o calor especfico do lquido? Despreze a capacidade trmica do bquer e as perdas de calor para o ambiente. Considere, para o calor especfico da gua, o valor 1,0 cal/g C.

um paciente uma dieta alimentar correspondente a 1 200 cal/dia, fornecendo-lhe uma lista de alimentos com as respectivas calorias. (Espera o mdico que, com esse regime, a pessoa, pelo menos, no engorde.) Os mdicos utilizam, na realidade, a grande caloria, que vale 1 000 cal utilizadas na Fsica, ou seja, esse regime na verdade de 1 200 000 cal/dia. Com base nesses dados e considerando o calor especf ico da gua igual a 1,0 cal/g C e 1,0 cal igual a 4,2 J, responda: a) Qual a potncia mdia mnima (em watts) que a pessoa mencionada dever dissipar, ao longo das suas atividades dirias, para, pelo menos, no ganhar peso? b) Se essa energia pudesse ser empregada para aquecer gua de 10 C a 60 C, que massa de gua (em gramas) seria utilizada?

Resoluo: Bquer B (com gua): Pot t = m c Pot 24 = 210 1,0 8,0 Pot = 70 cal/s

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

31

Bquer A (com lquido desconhecido): Pot t = m c 70 20 = 250 cL 10 cL = 0,56 cal/g C Resposta: 0,56 cal/g C21 (Mack-SP mod.) Na presena de uma fonte trmica de potn-

24 (UFPA) Em um forno de micro-ondas Joo colocou um vasilhame com 1,5 kg de gua a 20 C. Mantendo o forno ligado por 10 minutos, a temperatura da gua aumentou para 80 C. A representao grfica do desempenho do forno indicada pelo calor fornecido (calorias) em funo do tempo (segundos) mais bem representada pela linha:Q (cal) 4 800 C 2 500 2 000 1 500 600 0 D E 10 t (s) A B

cia constante, certa massa de gua (calor especfico = 1,0 cal/g C) sofre um acrscimo de temperatura durante certo intervalo de tempo. Para que um lquido desconhecido, de massa 12,5 vezes maior que a da gua, sofra o dobro do acrscimo de temperatura sofrido por ela, foi necessrio o uso da mesma fonte durante um intervalo de tempo 6 vezes maior. Nessas condies, qual o valor do calor especf ico sensvel desse lquido? Resoluo: Para a gua: (I) Pot t = m ca Para o lquido desconhecido: (II) Pot 6 t = 12,5 m cL 2 Dividindo II por I, tem-se: Pot 6 t = 25 m cL 6 = 25 cL 1,0 m ca Pot t cL = 0,24 cal/g C Resposta: 0,24 cal/g C22 (Mack-SP mod.) O carvo, ao queimar, libera 6 000 cal/g. Queimando 70 g desse carvo, 20% do calor liberado usado para aquecer, de 15 C, 8,0 kg de um lquido. No havendo mudana do estado de agregao, qual o valor do calor especfico desse lquido?

(Considere que toda a energia produzida pelo forno foi absorvida pela gua na forma de calor e que o calor especfico da gua = 1 cal/g C.) a) A. b) B. c) C. d) D. e) E. Resoluo: Do texto, temos: Pot t = m c Pot 600 = 1 500 1 (80 20) Pot = 150 cal/s No grfico, em 10 s, temos: Q = Pot t Q = 150 10 (cal) Q = 1 500 cal Resposta: d25 O calor especfico do cobre igual a 0,09 cal/g C. Se em vez de usarmos a escala Celsius usssemos a escala Fahrenheit, quanto valeria esse calor especfico?

Resoluo: Q = m c 6 000 70 0,20 = 8 000 c 15 c = 0,70 cal/g C Resposta: 0,70 cal/g C23 (UFC-CE) Em Fortaleza, um fogo a gs natural utilizado para ferver 2,0 de gua que esto a uma temperatura inicial de 19 C. Sabendo que o calor de combusto do gs de 12 000 cal/g, que 25% desse calor perdido para o ambiente, que o calor especfico da gua vale 1,0 cal/g C e que a densidade absoluta da gua igual a 1,0 g/cm3, que massa mnima de gs foi consumida no processo?

Resoluo: Q = m c Q = c m A razo Q no depende da escala de temperatura utilizada. m Assim: (c ) Fahrenheit = (c )Celsius CF 180 = 0,09 100 Resposta: 0,05 cal/g F26 Num calormetro ideal, so colocados trs corpos A, B e C a temperaturas iniciais diferentes. Aps certo tempo, quando os corpos atingiram o equilbrio trmico, verifica-se que as temperaturas de A e B aumentaram. Assim, podemos concluir que: a) a temperatura do corpo C tambm aumentou; b) o corpo C recebeu calor do corpo A e cedeu calor para o corpo B; c) o corpo C cedeu calor para o corpo A e recebeu calor do corpo B; d) o corpo C permanece com a mesma temperatura que tinha no incio; e) a temperatura do corpo C diminuiu.

CF = 0,05 cal/g F

Resoluo: Q = m c 12 000 mg 0,75 = 2 000 1,0 (100 19) 9 000 mg = 162 000 mg = 18 g Resposta: 18 g

Resoluo: Se as temperaturas dos corpos A e B aumentam, ento a temperatura do corpo C diminui. Resposta: e

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PARTE I TERMOLOGIA

27 (UFBA) Vamos imaginar dois corpos A e B, de massas iguais, com temperaturas iniciais A e B, sendo A > B, e com calores especficos cA e cB diferentes entre si e constantes no intervalo de temperatura considerado. Colocados no interior de um calormetro ideal, os corpos A e B, aps certo tempo, atingem o equilbrio trmico. Nessas condies, correto afirmar que: (01) a energia cedida por A igual energia recebida por B. (02) no corpo de maior capacidade trmica, ocorre a maior variao de temperatura. (04) o aumento de temperatura de B numericamente igual ao decrscimo da temperatura de A. (08) a temperatura de equilbrio trmico igual a cAA + cBB . cA + cB (16) em relao ao centro de massa do sistema, a energia cintica mdia das molculas de B maior do que a de A. D como resposta a soma dos nmeros associados s af irmaes corretas.

29 Num calormetro ideal, so colocados 1,0 kg de gua temperatura ambiente e um bloco de ferro, tambm de massa 1,0 kg, bastante aquecido. Aps o equilbrio trmico, verif ica-se que a temperatura da gua aumentou de 40 C, enquanto a temperatura do bloco de ferro diminuiu mais de 200 C. Isso ocorreu porque a gua e o bloco de ferro tm: a) densidades absolutas diferentes; b) massas iguais; c) capacidades trmicas diferentes; d) coeficientes de condutibilidade trmica diferentes; e) estados fsicos de agregao diferentes a gua lquida e o ferro slido.

Resoluo: Quando dois ou mais corpos recebem ou perdem a mesma quantidade de calor, o corpo de menor capacidade trmica sofre a maior variao de temperatura. Resposta: c30 E.R. Num recipiente termicamente isolado e com capacidade

Resoluo: (01) Correta Num calormetro ideal, ocorrem trocas de calor apenas entre os corpos colocados em seu interior. (02) Incorreta No corpo de maior capacidade trmica, ocorrer menor variao de temperatura. (04) Incorreta A variao de temperatura em um corpo depende da sua capacidade trmica. (08) Correta Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )A + (m c )B = 0 Como: mA = mB Temos: cA(f A) + cB(f B) = 0 cAf cAA + cBf cBB = 0 f (cA + cB) = cA A + cB B f = cA A + cB B cA + cB

trmica desprezvel, misturam-se 200 g de gua a 10 C com um bloco de ferro de 500 g a 140 C. Qual a temperatura final de equilbrio trmico? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor especfico do ferro = 0,12 cal/g C. Resoluo: Como o recipiente tem capacidade trmica desprezvel, ele no participa das trocas de calor. E, como termicamente isolado, correto afirmar que: Qferro + Qgua = 0 Uma vez que o calor trocado sensvel, temos: (m c )ferro + (m c )gua = 0 500 0,12(E 140) + 200 1,0(E 10) = 0 60(E 140) + 200(E 10) = 0 60E 8 400 + 200E 2 000 = 0 260E = 10 400 E = 40 C

(16) Incorreta Se A B , ento as partculas do corpo A possuem mais energia cintica mdia do que as partculas do corpo B. Observe tambm que mA = mB. Resposta: 0928 (Unesp-SP) Quando uma enfermeira coloca um termmetro cl-

nico de mercrio sob a lngua de um paciente, por exemplo, ela sempre aguarda algum tempo antes de fazer a sua leitura. Esse intervalo de tempo necessrio: a) para que o termmetro entre em equilbrio trmico com o corpo do paciente. b) para que o mercrio, que muito pesado, possa subir pelo tubo capilar. c) para que o mercrio passe pelo estrangulamento do tubo capilar. d) devido diferena entre os valores do calor especf ico do mercrio e do corpo humano. e) porque o coeficiente de dilatao do vidro diferente do coeficiente de dilatao do mercrio. Resoluo: Espera-se que o mercrio do termmetro entre em equilbrio trmico com corpo do paciente. Resposta: a

31 Num recipiente termicamente isolado e de capacidade trmica desprezvel, so misturados 200 g de gua a 55 C com 500 g tambm de gua a 20 C. Quando a mistura atingir o equilbrio trmico, qual ser sua temperatura?

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )quente + (m c )fria = 0 200 c (f 55) + 500 c (f 20) = 0 2f 110 + 5f 100 = 0 7f = 210 f = 30 C Resposta: 30 C

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

33

32 Numa garrafa trmica ideal, com 1,0 L de capacidade, so colo-

c)t (C) 90 tf 30 0 Q Q (cal)

d)t (C) 90 30 tf 0 Q Q (cal)

cados 500 cm de leite, temperatura ambiente (20 C), e 200 cm de caf a 90 C. Admitindo-se que as trocas de calor somente aconteam entre o caf e o leite (cujas densidades e calores especficos podem ser considerados iguais), qual ser a temperatura final de equilbrio trmico do sistema? Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )caf + (m c )leite = 0 Como: d = m ento m = d V V Ento: (d V c )caf + (d V c )leite = 0 200(f 90) + 500(f 20) = 0 2f 180 + 5f 100 = 0 7f = 280 Resposta: 40 C33 Um aluno entrou em uma lanchonete e pediu dois refrigerantes, um sem gelo, temperatura de 25 C, e o outro gelado, 1 da capacidade de um copo temperatura de 5,0 C. Ele preencheu 4 grande com o refrigerante sem gelo e terminou de completar o copo com o refrigerante gelado. Desprezando as trocas de calor que no sejam entre os lquidos, determine a temperatura final de equilbrio trmico do refrigerante.

3

3

e)t (C) tf 90 30 0 Q Q (cal)

f = 40 C

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c t)ferro + (m c t)gua = 0 200 0,10 tferro + 100 1,0 tgua = 0 20 tferro + 100 tgua = 0 tFerro + 5 tgua = 0 |tferro| = |5 tgua| A variao de temperatura do ferro 5 vezes maior do que a da gua. Assim:t (C) 90 ferro

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )quente + (m c )fria = 0 m c (f 25) + 3 m c (f 5) = 0 f 25 + 3f 15 = 0 4f = 40 f = 10 C Resposta: 10 C34 (PUC-MG) Em um calormetro de capacidade trmica desprezvel, foram colocados 100 g de gua a 30 C e 200 g de ferro a 90 C. O calor especfico da gua igual a 1,0 cal/g C e o do ferro, 0,10 cal/g C. Qual dos grficos melhor representa a variao de temperatura desses corpos em funo da quantidade de calor trocado? a) b)t (C) 90 tf 30 0 Q Q (cal) t (C) 90 tf 30 0 Q Q (cal)

tf 30

gua

0

Q

Q (cal)

Resposta: b35 (Enem mod.) Num recipiente de capacidade trmica desprezvel e termicamente isolado, so colocados 20 g de gua a 60 C e 100 g de lascas de alumnio a 40 C. O equilbrio trmico ocorre temperatura de 50 C. Qual o valor do calor especfico sensvel do alumnio? Dado: calor especfico da gua = 1 cal/g C

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )gua + (m c )alumnio = 0 20 1 (50 60) + 100 cA (50 40) = 0 200 + 1 000cA = 0 cA = 0,20 cal/g C Resposta: 0,20 cal/g C

34

PARTE I TERMOLOGIA

temperaturas A, B e C. Se a temperatura final de equilbrio trmico E tal que A > E = B > C , podemos afirmar que: a) o corpo A recebe uma quantidade de calor igual perdida por C; b) a quantidade de calor recebida por C menor que a cedida por B; c) a quantidade de calor cedida por B igual soma das quantidades recebidas por A e C; d) no trmino do balano energtico, observamos que o corpo B possui a mesma quantidade de energia trmica que tinha no incio; e) o corpo B serve de intermedirio, recebendo calor do corpo C e transferindo-o imediatamente para o corpo A. Resoluo: Como no final temos E = B, notamos que a temperatura do corpo B no se altera. Assim, o corpo B tem no final a mesma quantidade de energia trmica que tinha no incio. Alternativa correta: d Resposta: d37 Trs esferas de mesma massa e de mesmo material, suspensas por fios isolados termicamente, esto imersas em trs banhos trmicos cujas temperaturas esto mencionadas na figura abaixo.

36 Num calormetro ideal so colocados trs corpos, A, B e C, de

Com isso, o lquido em A atinge 40 C, enquanto o lquido em B, 80 C. Se os recipientes forem retirados da placa e seus lquidos misturados, a temperatura final da mistura ficar em torno de: a) 45 C. c) 55 C. e) 65 C. b) 50 C. d) 60 C.A A B B

Fase inicial

Fase final

Resoluo: 1) Considerando igual o uxo de calor para A e B, podemos determinar a capacidade trmica de cada sistema: C= Q Q CA = Q CA = 40 20 20 Q CB = Q CB = 80 20 60 2) Ao serem misturados, sem considerar perdas, vem: Qcedido + Qrecebido = 0 CB B + CA A = 0 Q ( 80) + Q ( 40) = 0 20 f 60 f f 80 + f 40 = 0 60 60 20 20 f 80 + 3f 120 = 0 4f = 200 f = 50 C Resposta: b39 Em um ritual mstico, as pessoas aquecem a gua de um caldeiro utilizando sete pedras. As pedras so colocadas em uma fogueira e depois so lanadas no caldeiro com 0,70 L de gua a 20 C. Cada uma das pedras tem, em mdia, 100 g de massa e se encontram a 300 C no instante em que so lanadas no caldeiro. No equilbrio trmico, temse uma temperatura de 50 C. Sendo o calor especfico da gua igual a 1,0 cal/g C e desprezando as perdas de calor para o ambiente e para o caldeiro, pode-se afirmar que o calor especfico mdio das pedras em questo, em cal/g C, : a) 0,030. c) 0,17. e) 1,04. b) 0,12. d) 0,50. Dado: densidade absoluta da gua = 1,0 kg/L

80 C

60 C

40 C

Aps atingidos os equilbrios trmicos, essas esferas so simultnea e rapidamente retiradas e levadas para um recipiente com gua a 20 C.

Desprezando-se possveis perdas de energia para o meio ambiente, a temperatura final desse banho trmico nico ser: a) um valor maior que 80 C; d) 50 C; b) um valor entre 60 C e 20 C; e) um valor menor que 20 C. c) 60 C; Resoluo: Observemos que as capacidades trmicas dos trs corpos so iguais. Assim, o primeiro corpo (80 C) dever liberar uma quantidade de calor igual quela de que o terceiro corpo (40 C) ir precisar, para que as trs esferas atinjam a temperatura final de 60 C. Portanto, tudo se passa como se as trs esferas partissem da temperatura inicial de 60 C e, no final, a temperatura de equilbrio do sistema gua + esferas ser: 60 C f 20 C

Resposta: b38 (Fuvest-SP) Dois recipientes iguais A e B, contendo dois lquidos

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )pedras + (m c )gua = 0 700 cp (50 300) + 700 1,0 (50 20) = 0 250 cp + 30 = 0 Resposta: b cp = 0,12 cal/g C

diferentes, inicialmente a 20 C, so colocados sobre uma placa trmica, da qual recebem aproximadamente a mesma quantidade de calor.

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

35

40 E.R. Um bloco A tem massa, calor especf ico e temperatura

inicial respectivamente iguais a mA, cA e A. Um bloco B tem massa, calor especfico e temperatura inicial respectivamente iguais a mB, cB e B. Os blocos A e B so postos em contato trmico e, depois de certo tempo, atingem o equilbrio trmico, adquirindo uma temperatura E. Considerando cA e cB constantes e supondo o sistema termicamente isolado, calcule E. Resoluo: Sendo desprezveis as trocas de calor com o resto do universo, vlido afirmar que: QA + QB = 0 (m c )A + (m c )B = 0 mA cA(E A) + mB cB(E B) = 0 mA cA E mA cA A + mB cB E mB cB B = 0 (mA cA + mB cB)E = mA cA A + mB cB B E = Notas: O produto da massa pelo calor especf ico a capacidade trmica do bloco: mA cA = CA mB cB = CB Assim, temos:

Resoluo: Trs amostras do mesmo lquido, com massas iguais, possuem capacidades trmicas iguais: CA = CB = CC Assim, a temperatura de equilbrio trmino a mdia aritmtica das temperaturas iniciais: + + E = A B C = 40 + 70 + 100 (C) 3 3 E = 70 C Resposta: 70 C43 Uma dona de casa coloca no interior de uma garrafa trmica o caf que acabou de preparar. So 500 g de gua + p de caf a 90 C. Se a garrafa trmica estava temperatura ambiente (12 C) e atinge o equilbrio trmico a 87 C, qual a capacidade trmica dessa garrafa? Dado: calor especfico da gua + p de caf = 1,0 cal/g C

mA cA A + mB cBB mA cA + mB cB

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )caf + (C )garrafa = 0 500 1,0 (87 90) + Cgarrafa (87 12) = 0 1 500 + 75 Cgarrafa = 0 Cgarrafa = 20 cal/ C Resposta: 20 cal/ C44 (Unesp-SP) Um bloco de certa liga metlica, de massa 250 g, transferido de uma vasilha, que contm gua fervendo em condies normais de presso, para um calormetro contendo 400 g de gua temperatura de 10 C. Aps certo tempo, a temperatura no calormetro se estabiliza em 20 C. Supondo que todo o calor cedido pela liga metlica tenha sido absorvido pela gua do calormetro, qual a razo entre o calor especf ico da gua e o calor especf ico da liga metlica?

E =

CA A + CB B CA + CB

Observe ainda que a expresso deduzida representa uma mdia ponderada das temperaturas iniciais, sendo os pesos a capacidade trmica de cada corpo envolvido. 41 Dois corpos A e B, de capacidades trmicas iguais, so coloca-

dos no interior de um calormetro ideal. A temperatura inicial do corpo A A e a do corpo B B. No considerando possveis perdas de calor, a temperatura final de equilbrio trmico ser dada por: + B a) A . c) B A . e) |B A|. 2 2 d) |A + B|. b) A B . 2 Resoluo: No exerccio anterior (resolvido), encontramos: C +C E = A A B B CA + CB Sendo as capacidades trmicas iguais, vem: CA = CB = C C (A + B) E = 2C A + B E = 2 Resposta: a42 Trs amostras de um mesmo lquido, cujas temperaturas iniciais so 40 C, 70 C e 100 C, so misturadas em um calormetro. As massas das amostras so iguais. Supondo-se que as trocas de calor ocorrem somente entre as amostras do lquido, qual a temperatura de equilbrio da mistura, em graus Celsius?

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )bloco + (m c )gua = 0 250 cb ( 20 100) + 400 ca (20 10) = 0 20 000 cb + 4 000 ca = 0 4 000 ca = 20 000 cb ca ca = 5 cb ou c = 5 b Resposta: 545 (Fuvest-SP) Dois recipientes de material termicamente isolante contm cada um 10 g de gua a 0 C. Deseja-se aquecer at uma mesma temperatura os contedos dos dois recipientes, mas sem mistur-los. Para isso, usado um bloco de 100 g de uma liga metlica inicialmente temperatura de 90 C. O bloco imerso durante certo tempo em um dos recipientes e depois transferido para o outro, nele permanecendo at ser atingido o equilbrio trmico. O calor especf ico da gua dez vezes maior que o da liga metlica. Qual a temperatura do bloco metlico, por ocasio da transferncia de um recipiente para o outro?

36

PARTE I TERMOLOGIA

Resoluo: Na 2a experincia: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )metal + (m c )gua = 0 100 c (f ) + 10 10c (f 0) = 0 f + f = 0 f = 2 Na 1a experincia: (I)

Assim: 300cm 110 + 790 + 10 20 = 0 cm = 790 + 200 300 110 cm = 0,03 cal/g C48 Um corpo colocado em contato com uma fonte trmica que lhe fornece 2,0 kcal de calor. A temperatura do corpo era igual do ambiente (20 C) e, ao receber a energia trmica, atingiu a temperatura de 120 C. Se o calor especfico da gua igual a 1,0 cal/g C, qual o equivalente em gua do referido corpo?

Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )metal + (m c )gua = 0 100 c ( 90) + 10 10c (f 0) = 0 90 + f = 0 Substituindo (I) em (II), tem-se: 90 + = 0 1,50 = 90 2 Resposta: 60 C46 Para avaliar a temperatura de 300 g de gua, usou-se um termmetro de 100 g de massa e calor especf ico sensvel igual a 0,15 cal/g C. Inicialmente, esse termmetro indicava, temperatura ambiente, 12 C. Aps algum tempo, colocado em contato trmico com a gua, o termmetro passa a indicar 72 C. Supondo no ter havido perdas de calor, determine a temperatura inicial da gua. Dado: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C

(II)

= 60 C

Resoluo: Q = m c mas: C = m c Ento: Q = C 2 000 = Ccorpo (120 20) Ccorpo = 20 cal/C Como: Ccorpo = Cgua Temos: 20 = E 1,0 E = 20 g

Resposta: 20 g Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )gua + (m c )termmetro = 0 300 1,0 (72 a) + 100 0,15 (72 12) = 0 21 600 300a + 900 = 0 300a = 22 500 a = 75 C Resposta: 75 C47 E.R. Um calormetro de equivalente em gua 10 g, tempera49 Qual o equivalente em gua de um bloco de alumnio de massa 500 g? Sabe-se que o calor especfico do alumnio vale 0,22 cal/g C e o da gua vale 1,0 cal/g C.

Resoluo: Cbloco = Cgua (m c)bloco = (E c)gua 500 0,22 = E 1,0 E = 110 g Resposta: 110 g

tura ambiente (20 C), foi utilizado para misturar 200 g de um lquido de calor especfico 0,79 cal/g C, a 35 C, com um bloco de metal de massa 300 g, a 150 C. Sabendo que a temperatura final atingida foi de 40 C, determine o calor especfico do metal. Resoluo: Supondo o sistema termicamente isolado, podemos escrever que: Qmetal + Qlquido + Qcalormetro = 0 (m c )metal + (m c )lquido + (m c )calormetro = 0 300cm (40 150) + 200 0,79 (40 35) + [m c (40 20)]calormetro = 0 Como vimos: Sendo: (m c)calormetro = E cgua cgua = 1 cal/g C E = 10 g (equivalente em gua) Temos: (m c)calormetro = 10 g 1 cal = 10 cal C g C

50 Num recipiente de capacidade trmica desprezvel, encontramos um lquido a 20 C. Misturando 600 g de gua a 80 C com esse lquido, obtemos uma temperatura de equilbrio trmico igual a 60 C. Qual o equivalente em gua desse lquido?

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )lquido + (m c )gua = 0 E 1,0 (60 20) + 600 1,0 (60 80) = 0 40E 12 000 = 0 Resposta: 300 g51 Um recipiente de capacidade trmica desprezvel, contendo 400 g de gua a 15 C, recebe uma esfera de cobre a 120 C. Desprezando as possveis perdas de calor e sabendo que o equivalente em gua dessa esfera igual a 20 g, determine a temperatura final de equilbrio trmico. Dado: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C

E = 300 g

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

37

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )esfera + (m c )gua = 0 Como: (m c)esfera = (E c)gua Temos: 20 1,0 (f 120) + 400 1,0 (f 15) = 0 f 120 + 20 f 300 = 0 21 f = 420 f = 20 C Resposta: 20 C52 Um pedao de cobre de 20 g a 60 C colocado dentro de um

54 A respeito de mudana de estado fsico, indique a alternativa incorreta. a) Se um corpo slido absorve calor e sua temperatura no varia, isso significa que ele est sofrendo mudana de estado fsico; b) Durante uma fuso, sob presso constante, todo calor absorvido utilizado para alterar o arranjo molecular da substncia; c) Quando um slido recebe calor, ou o estado de agitao de suas partculas aumenta ou ocorre uma reestruturao no seu arranjo molecular, os fatores que determinam o que acontece so: a temperatura do slido e a presso a que ele est sujeito; d) A temperatura em que ocorre determinada fuso depende da substncia e da presso a que o corpo est sujeito; e) Um bloco de gelo nunca pode sofrer fuso a uma temperatura diferente de 0 C.

calormetro que contm 10 g de gua a 10 C. Se a temperatura final do sistema (calormetro + gua + cobre) 15 C, qual o equivalente em gua do calormetro? Dados: calor especfico do cobre = 0,42 J/g C; calor especfico da gua = 4,2 J/g C. Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )cobre + (m c )gua + (m c )calormetro = 0 (m c )cobre + [(m + E)c ]gua = 0 20 0,42 (15 60) + (10 + E) 4,2 (15 10) = 0 378 + 21 (10 + E) = 0 378 + 210 + 21E = 0 21E = 168 E = 8,0 g Resposta: 8,0 g53 A respeito de calor latente de fuso (L ) de uma substncia, F pode-se dizer que: a) a energia trmica responsvel pela fuso total do corpo considerado; b) a energia trmica responsvel pela elevao de uma unidade de temperatura na substncia, quando ela se encontra no estado lquido; c) a energia trmica responsvel pela passagem de uma massa unitria do estado slido para o estado lquido, durante a qual no h variao de temperatura; d) a energia trmica responsvel pela passagem de 1 g da substncia do estado lquido para o estado slido; e) toda energia trmica envolvida na fuso de metade do corpo considerado.

Resoluo: A nica frase incorreta a e. A fuso de um bloco de gelo pode ocorrer em temperatura diferente de 0 C, basta que a presso seja diferente de 1 atm. Resposta: e55 Quanto calor devemos fornecer a um bloco de gelo de 300 g de massa, a 0 C, sob presso normal, para fundi-lo totalmente? Dado: calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g

Resoluo: Q=mL Q = 300 80 (cal) Q = 2,4 104 cal Resposta: 2,4 104 cal56 E.R. Quanto de calor necessitam receber 100 g de gelo para

serem aquecidos de 30 C a 10 C? A presso atmosfrica constante e normal, e so dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C. Resoluo: Sabemos que o gelo sofre fuso a 0 C; portanto, devemos considerar o aquecimento do bloco de gelo por etapas. Q1 = quantidade de calor que o gelo recebeu para atingir 0 C (calor sensvel); Q2 = quantidade de calor que o gelo recebeu para se fundir (calor latente); Q3 = quantidade de calor que a gua, proveniente da fuso do gelo, recebeu para atingir 10 C (calor sensvel). Assim: Q = Q1 + Q2 + Q3 Q = (m c )gelo + (m LF)gelo + (m c )gua Substituindo os valores numricos fornecidos, temos: Q = 100 0,50 [0 (30)] + 100 80 + 100 1,0 (10 0) Q = 100 0,50 30 + 100 80 + 100 10 Q = 1 500 + 8 000 + 1 000 Q = 10 500 cal

Resoluo: O calor latente de fuso (LF) de uma substncia indica a energia trmica necessria para provocar a fuso de uma unidade de massa dessa substncia. Resposta: c

38

PARTE I TERMOLOGIA

57 Um bloco de gelo com 200 g de massa, a 0 C, precisa receber uma quantidade de calor Q1 para sofrer fuso total. A gua resultante, para ser aquecida at 50 C, precisa receber uma quantidade de calor Q2. Qual o valor de Q, sendo Q = Q1 + Q2? Dados: calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C.

60 Voc tem 100 g de gua temperatura ambiente (25 C). Quanto de calor deve-se retirar dessa gua para obter-se um bloco de gelo de 100 g a 0 C? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g.

Resoluo: Q = Q1 + Q2 Q = (m LF)gelo + (m c )gua Q = 200 80 + 200 1,0 (50 0) Q = 16 000 + 10 000 Q = 26 000 cal Q = 2,6 104 cal Resposta: 2,6 104 cal58 Deseja-se transformar 100 g de gelo a 20 C em gua a 30 C. Sabe-se que o calor especfico do gelo vale 0,50 cal/g C e o da gua, 1,0 cal/g C, e que o calor latente de fuso do gelo vale 80 cal/g. Quanto calor, em quilocalorias, devemos fornecer a esse gelo?

Resoluo: Q = Q1 + Q2 Q = (m c )gua + (m Ls)gelo Q = 100 1,0 (0 25) + 100 ( 80) Q = 2 500 8 000 (cal) Q = 10 500 cal |Q| = 10 500 cal Nota: O sinal negativo indica que a energia trmica foi retirada do sistema. Resposta: 10 500 cal61 (UFG-GO) Um corpo de massa 50 g, inicialmente no estado slido, recebe calor de acordo com a representao grfica a seguir, passando para o estado lquido:T (C) 80 60 40 20 0 200 400 600 Q (cal)

Resoluo: Q = Q1 + Q2 + Q3 Q = (m c )gelo + (m LF)gelo + (m c )gua Q = 100 0,50 [0 ( 20)] + 100 80 + 100 1,0 (30 0) Q = 1 000 + 8 000 + 3 000 (cal) Q = 12 000 cal Q = 12 kcal Resposta: 12 kcal59 Uma pedra de gelo de 20 g de massa, inicialmente a 10 C, re-

cebeu 2 700 cal. Determine a temperatura atingida, sabendo que essa energia foi totalmente aproveitada pelo sistema. Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Resoluo: Q1 = (m c )gelo Q1 = 20 0,50 [0 (10)] (cal) Q1 = 100 cal Q2 = (m LF)gelo Q2 = 20 80 (cal) Q2 = 1 600 cal Portanto: Q3 = (m c )gua 2 700 (100 + 1 600) = 20 1,0 (f 0) 1 000 = 20 f f = 50 C Resposta: 50 C

No grfico, Q representa a quantidade de calor recebida pelo corpo e T, sua temperatura na escala Celsius. a) O que ocorre no intervalo entre 400 cal e 500 cal? Explique. b) Determine os calores especficos e o calor latente nas fases representadas no grfico. Resoluo: a) Fuso. Nesse intervalo, o corpo recebe calor sem alterao em sua temperatura. b) No estado slido: Q = m c 400 = 50 cS (40 0) cS = 0,20 cal/g C Na fuso (patamar): Q=mL 500 400 = 50 LF LF = 2,0 cal/g No estado lquido: Q = m c 600 500 = 50 cL (80 40) cL = 0,05 cal/g C Resposta: 0,05 cal/g C

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

39

62 O grf ico representa o aquecimento de um bloco de gelo de massa 1,0 kg, inicialmente a 0 C. (C) 10

5

64 Uma fonte de potncia constante e igual a 400 cal/min fornece calor a um bloco de gelo com massa de 200 g, inicialmente temperatura de 20 C. Sabendo que o sistema aquecido a 50 C, calcule o tempo gasto para o aquecimento, desprezando quaisquer perdas de energia. Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C.

0

50

100

150

200 t (s)

Sabendo que o calor latente de fuso do gelo vale 80 cal/g, responda: qual a quantidade de calor absorvida pelo gelo entre os instantes 0 e 100 s? Resoluo: Entre 0 e 100 segundos, ocorre fuso do gelo: Q = m LF Q = 1 000 80 (cal) Q = 8,0 104 cal Resposta: 8,0 104 cal63 (UFPI) O grfico a seguir mostra a curva de aquecimento de cer-

Resoluo: Q = Q1 + Q2 + Q3 Pot t = (m c )gelo + (m LF) + (m c )gua 400 t = 200 0,50 [0 ( 20)] + 200 80 + 200 1,0 (50 0) 400 t = 2 000 + 16 000 + 10 000 400 t = 28 000 t = 70 min Resposta: 70 min65 (Mack-SP) Sabendo que uma caixa de fsforos possui em mdia 40 palitos e que cada um desses palitos, aps sua queima total, libera cerca de 85 calorias, para podermos fundir totalmente um cubo de gelo de 40 gramas, inicialmente a 10 C, sob presso normal, quantas caixas de fsforos devemos utilizar, no mnimo? Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C.

ta massa de gelo.t (C) t1

0

2,0

6,0

8,0 Q (103 cal)

Resoluo: Q = Q1 + Q2 Q = (m c )gelo + (m LF) n 85 = 40 0,50 [0 (10)] + 40 80 n 85 = 200 + 3 200 n 85 = 3 400 n = 40 palitos =1 caixa Resposta: 1 caixa

t0

Determine a temperatura inicial do gelo (t0) e a temperatura final da gua (t1). Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Resoluo: Na fuso (patamar): Q = m LF (6,0 2,0) 103 = m 80 m = 50 g No aquecimento do gelo: Q = m c 2,0 103 = 50 0,50 (0 t0) 2 000 = 25 t0 t0 = 80 C

No aquecimento da gua: Q = m c (8,0 6,0) 103 = 50 1,0(t1 0) 2 000 = 50 t1 t1 = 40 C

tura inicial . O bloco de gelo recebe calor de uma fonte trmica de potncia constante. Admita que todo o calor fornecido pela fonte absorvido pelo bloco. O intervalo de tempo para o gelo atingir a sua temperatura de fuso igual ao intervalo de tempo que durou sua fuso completa. Considere os seguintes dados: I. calor especfico sensvel do gelo: 0,50 cal/g C; II. temperatura de fuso do gelo: 0 C; III. calor especfico latente de fuso do gelo: 80 cal/g. O valor de : a) no est determinado, porque no foi dada a massa M do bloco de gelo. b) no est determinado, porque no foi dada a potncia da fonte trmica que forneceu calor ao bloco de gelo. c) 160 C. d) 80 C. e) 40 C. Resoluo: Q = Pot t t = Q Pot Sendo: t1 = t2

66 (Unip-SP) Um bloco de gelo de massa M est a uma tempera-

Respostas: 80 C e 40 C

40

PARTE I TERMOLOGIA

Temos: Q1 Q = 2 Pot Pot (m c )gelo = m LF M 0,50 (0 ) = M 80 0,50 = 80 = 160 C Resposta: c67 (UFC-CE) Um recipiente contm 3,8 kg de gua e uma massa

68 (Unesp-SP) Uma quantidade de 1,5 kg de certa substncia encontra-se inicialmente na fase slida, temperatura de 20 C. Em um processo a presso constante de 1,0 atm, ela levada fase lquida a 86 C. A potncia necessria nessa transformao foi de 1,5 kJ/s. O grf ico na f igura mostra a temperatura de cada etapa em funo do tempo. (C) 86

desconhecida de gelo, a 0 C, no instante t igual a zero. Esse recipiente colocado em contato com uma fonte trmica que transfere calor a uma taxa constante. A temperatura da mistura medida vrias vezes e os dados obtidos so mostrados no grfico da temperatura (C) versus tempo t (minutos) abaixo. (C) 2,0

0 20 0,7 6,2 12,2 t (min)

Calcule: a) o calor latente de fuso LF; b) o calor necessrio para elevar a temperatura de 1,5 kg dessa substncia de 0 C a 86 C. Resoluo: m LF a) Pot = Q = t t 1,5 LF 1,5 = (6,2 0,7) 60 LF = 330 kJ kg b) Q = Pot t Q = 1,5 (12,2 6,2) 60 (kJ) Q = 540 kJ

1,0

0

10

20

30

40

50

60 t (min)

Desprezando-se a capacidade trmica do recipiente, calcule: a) a massa de gelo no instante inicial; b) a taxa de transferncia de calor para o sistema. Dados: calor latente do gelo, L = 80 cal/g; calor especfico da gua, ca = 1,0 cal/g C. Resoluo: a) No patamar, ocorre fuso da parcela de gelo: Q = mg LF Pot t1 = mg LF (I) No trecho oblquo, ocorre aquecimento de toda a gua: Q = m c (II) Pot t2 = (mg + ma) c Dividindo-se I por II, tem-se: mg LF t1 = t2 (mg + ma) c mg 80 40 = 20 (mg + 3 800) 1,0 (2,0 0) 4,0(mg + 3 800) = 80 mg 4,0 mg + 15 200 = 80 mg 76 mg = 15 200 mg = 200 g = 0,20 kg b) Em I, temos: Pot t1 = mg LF Pot 40 = 200 80 Pot = 400 cal/min Respostas: a) 0,20 kg; b) 400 cal/min

Respostas: a) 330 kJ ; b) 540 kJ kg69 (PUC-SP) Um anel metlico de massa 150 g, inicialmente temperatura de 160 C, foi colocado em uma cavidade feita na parte superior de um grande bloco de gelo em fuso, como mostrado na f igura.

Aps o equilbrio trmico ser atingido, verificou-se que 30 cm3 de gelo se fundiram. Considerando o sistema (gelo-anel) termicamente isolado, o calor especfico do metal que constitui o anel, em cal/g C, : a) 0,050. c) 0, 096. e) 1,0. b) 0,092. d) 0,10. Dados: calor latente de fuso do gelo: 80 cal/g; densidade do gelo: 0,92 g/cm3.

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

41

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )anel + (m LF)gelo = 0 (m c )anel + (d V LF)gelo = 0 150 ca (0 160) + 0,92 30 80 = 0 24 000 ca + 2 208 = 0 ca = 0,092 cal/g C Resposta: b70 E.R. Num calormetro ideal, misturam-se 200 g de gelo a

71 Num recipiente de paredes adiabticas, h 60 g de gelo fundente (0 C). Colocando-se 100 g de gua no interior desse recipiente, metade do gelo se funde. Qual a temperatura inicial da gua? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g.

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )gua + (m LF)gelo = 0 100 1,0 (0 ) + 60 80 = 0 2 100 + 2 400 = 0 = 24 C Resposta: 24 C72 Num calormetro ideal, misturam-se 200 g de gelo a 0 C com 200 g de gua a 40 C. Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Determine: a) a temperatura final de equilbrio trmico da mistura; b) a massa de gelo que se funde.

40 C com 100 g de gua a uma temperatura . Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C. Determine: a) a temperatura , para que no equilbrio trmico coexistam massas iguais de gelo e de gua; b) a temperatura da gua quando o gelo atinge 0 C, considerando as condies do item a.

Resoluo: a) Se a mistura de gelo e gua feita em um calormetro ideal, podemos escrever que: Qcedido (gua) + Qrecebido (gelo) = 0 Como, no final, deve-se ter coexistncia de gelo e de gua, o equilbrio trmico deve ocorrer temperatura de 0 C. Portanto, desenvolvendo a equao, temos: (m c )gua + (m c )gelo + (m LF)gelo fundido = 0 Observe que para termos massas iguais de gua e de gelo, no final, necessrio que 50 g de gelo sofram fuso, ficando 150 g de gua e 150 g de gelo: 100 1(0 ) + 200 0,50 [0 (40)] + 50 80 = 0 100 + 4 000 + 4 000 = 0 100 = 8 000 = 80 C b) Observemos, pela resoluo do item a, que o gelo precisou receber 4 000 cal para atingir 0 C e mais 4 000 cal para sofrer fuso em 50 g. Portanto, a gua perdeu apenas 4 000 cal at que o gelo atingisse 0 C. Q = m c 4 000 = 100 1(80 a) a = 40 C Nota: Graficamente, a resposta desse exerccio pode ser dada por: (C) 80

Resoluo: a) Resfriamento da gua at 0 C: Q = m c = 200 1,0 (0 40) Q = 8 000 cal (negativo porque calor cedido) Fuso total do gelo: Q = m L = 200 80 Q = 16 000 cal Como a energia liberada pela gua menor que a necessria para a fuso total do gelo, a temperatura de equilbrio ser 0 C, restando gelo. 1 = 0 C b) Q = m L 8 000 = m 80 m = 100 g

Respostas: a) 0 C; b) 100 g73 (Mack-SP) Num copo de capacidade trmica desprezvel, tem-se inicialmente 170 cm3 de gua a 20 C. Para resfriar a gua, colocam-se algumas pedras de gelo, de massa total 100 g, com temperatura de 20 C. Desprezando as perdas de calor com o ambiente e sabendo que aps um intervalo de tempo h o equilbrio trmico entre a gua lquida e o gelo, a massa de gelo remanescente no copo : a) zero. d) 38 g. b) 15 g. e) 70 g. c) 30 g. Dados: gua (densidade da gua) = 1,0 g/cm3 cgua (calor especfico da gua) = 1,0 cal/(g C) LF(gelo) (calor latente de fuso do gelo) = 80 cal/g cgelo (calor especfico do gelo) = 0,5 cal/(g C)

40

0

4 000

8 000

Q (cal)

40

42

PARTE I TERMOLOGIA

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )gua + (m c + m LF)gelo = 0 (d V c )gua + (m c + m LF)gelo = 0 1,0 170 1,0 (0 20) + 100 0,5 [0 (20)] + m 80 = 0 3 400 + 1 000 + 80 m = 0 80 m = 2 400 m = 30 g Restando no copo: mg = (100 30) g mg = 70 g Resposta: e74 E.R. No interior de um calormetro ideal, so colocados 40 g

Ateno: o valor de Q4 a soma de Q1 + Q2 + Q3 com o sinal trocado, pois o calor foi cedido (negativo) e agora est voltando, sendo calor recebido (positivo). +700 = (40 + 10) 1,0 (f 0) f = 14 C75 Num calormetro ideal so colocados 200 g de gelo fundente

(0 C) com 200 g de gua, tambm a 0 C. Aps algum tempo, podemos afirmar que: a) no equilbrio trmico, vamos ter apenas gua a 0 C; b) o gelo, sempre que entra em contato com a gua, sofre fuso; c) no final vamos ter apenas gelo a 0 C; d) as massas de gua e gelo no se alteram, pois ambos estando a 0 C no haver troca de calor entre eles; e) quando o calor sai da gua, provoca sua solidificao; esse calor, no gelo, provoca fuso. Resoluo: Para que ocorra transferncia de calor entre dois corpos, preciso que exista uma diferena de temperaturas entre eles. Resposta: d76 No interior de um vaso de Dewar de capacidade trmica despre-

de gua a 40 C e um bloco de gelo de massa 10 g, temperatura de 20 C. Qual a temperatura final de equilbrio trmico? Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C. Resoluo: Nas questes que envolvam uma mistura de gua com gelo, podemos utilizar um roteiro para facilitar a resoluo. Para isso, vamos estabelecer a temperatura de 0 C como referncia, isto , vamos levar o sistema (gua + gelo) para 0 C e, em seguida, samos dessa temperatura para o resultado f inal. importante lembrar que calor cedido (que sai do sistema) negativo e calor recebido (que entra no sistema) positivo. Ateno para o roteiro: 1) Resfriar a gua at 0 C Q1 = m c = 40 1,0 (0 40) cal Q1 = 1 600 cal O valor de Q1 indica o calor que a gua fornece para chegar a 0 C. 2) Aquecer o gelo at 0 C Q2 = m c = 10 0,50 [0 (20)] cal Q2 = +100 cal O valor de Q2 indica o calor que o gelo recebe para chegar a 0 C. Observe que a soma Q1 + Q2 igual a 1 500 cal. Isso quer dizer que a gua e o gelo esto temperatura de 0 C e ainda esto sobrando 1 500 cal. Lembre-se de que o sistema est em um calormetro ideal e, assim, no pode ceder calor para o exterior nem receber calor dele. 3) Derreter o gelo (ou solidificar a gua) Q3 = + 800 cal Q3 = m LF = 10 80 cal A soma Q1 + Q2 + Q3 igual a 700 cal (observe que o sinal negativo indica calor cedido, retirado do sistema). Ento, ainda sobram 700 cal para retornar. 4) Aquecer toda a gua usando a energia que sobrou Se tivesse faltado calor, isto , se a soma de Q1 + Q2 + Q3 fosse um valor positivo, em vez de aquecer a gua deveramos esfriar todo o gelo. Nesse caso, no item 3, a gua teria sido solidificada, liberando calor. Q4 = m c

zvel, so colocados 500 g de gua a 78,4 C com 100 g de gelo fundente (0 C). No equilbrio trmico, qual ser a temperatura do sistema? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 500 1,0 (0 78,4) (cal) Q1 = 39 200 cal 2) no h, pois o gelo j est a 0 C + 8 000 cal 3) Q3 = m LF = 100 80 Q3 = 31 200 cal 4) Q4 = m c Como Q4 = (39 200 + 8 000) cal com o sinal trocado, temos: 31 200 = (500 + 100) 1,0 (f 0) f = 52 C Resposta: 52 C77 Misturando 100 g de gua a 80 C com 100 g de gelo fundente

(0 C), o que vamos obter no equilbrio trmico? Para a resoluo, suponha que trocas de calor ocorrem apenas entre o gelo e a gua. Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 100 1,0 (0 80) Q1 = 8 000 cal 2) no h, pois o gelo j est a 0 C Q = 8 000 cal 3) Q3 = m LF = 100 80 3 zero 4) Observe que Q4, Q1 + Q2 com o sinal trocado nulo (Q4 = 0). No final, vamos ter somada gua a 0 C. Resposta: Somente gua a 0 C

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

43

Num calormetro ideal, so colocados 100 g de gua a 60 C e 200 g de gelo fundente. Se as trocas de calor ocorrem apenas entre o gelo e a gua, no final ainda vamos ter gelo? Em caso afirmativo, que massa de gelo ainda restar? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g. Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 100 1,0 (0 60) (cal) Q1 = 6 000 cal 2) no h, pois o gelo j est a 0 C 3) Q3 = m LF = 200 80 Q3 = 16 000 cal O calor liberado pela gua insuficiente para derreter todo o gelo. Q=mL 16 000 + (6 000) = m 80 10 000 = m 80 m = 125 g No final, ainda temos 125 g de gelo a 0 C. Respostas: Sim; 125 g79 Vamos colocar em contato trmico 200 g de gua a 50 C com 100 g de gelo a 10 C. Supondo que as trocas de calor se processem apenas entre a gua e o gelo, qual ser a temperatura final de equilbrio trmico? Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g.

78

Como a quantidade de energia que resta (2 500 cal) menor do que a quantidade de energia de que o gelo precisa para a fuso (16 000 cal), a temperatura final de equilbrio ser 0 C, restando gelo. Resposta: 0 C81 Quando so misturados 40 g de gua a 10 C e 360 g de gelo a 30 C, qual a temperatura final de equilbrio trmico? Suponha que o gelo e a gua no troquem calor com o recipiente nem com o meio externo. Dados: calor especfico do gelo = 0,50 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C.

Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 40 1,0 (0 10) Q1 = 400 cal 2) Q2 = m c = 360 0,50 [0 (30)] Q2 = 5 400 cal +5 000 cal

3) Como o calor liberado pela gua (400 cal) insuficiente para aquecer o gelo at 0 C, haver solidificao da gua: Q3 = m LS = 40 (80) Q3 = 3 200 cal 4) Q4 = m c (5 000 3 200) = (40 + 360) 0,50 (f 0) 1 800 = 200 f f = 9,0 C Resposta: 9,0 C82 (Fuvest-SP) Em um copo grande, termicamente isolado, contendo

Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 200 1,0 (0 50) Q1 = 10 000 cal 2) Q2 = m c = 100 0,50 [0 (10)] 3) Q3 = m LF = 100 80 Q3 = 8 000 cal 1 500 cal Q2 = 500 cal 9 500 cal

4) Q4 = m c 1 500 = (200 + 100) 1,0 (f 0) f = 5,0 C Resposta: 5,0 C80 Num recipiente adiabtico, de capacidade trmica desprezvel, so colocados 400 g de gua a 10 C e 200 g de gelo a 15 C. Se aps algum tempo, estabelecido o equilbrio trmico, introduzirmos nesse recipiente um termmetro ideal, que temperatura ele ir registrar? Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g.

gua temperatura ambiente (25 C), so colocados 2 cubos de gelo a 0 C. A temperatura da gua passa a ser, aproximadamente, de 1 C. Nas mesmas condies, se, em vez de 2, fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilbrio, haveria no copo: a) apenas gua acima de 0 C. b) apenas gua a 0 C. c) gelo a 0 C e gua acima de 0 C. d) gelo e gua a 0 C. e) apenas gelo a 0 C. Resoluo: 1a experincia: Qcedido + Qrecebido = 0 (m c )gua + (m LF + m c )gelo = 0 ma 1,0 (1 25) + 2 mg 80 + 2 mg 1,0 (1 0) = 0 24 ma + 162 mg = 0 ma = 6,75 mg 2a experincia: 1) Q1 = m c = ma 1,0 (0 25) Q1 = 25 ma = 168,75 mg 2) no h, pois o gelo j est a 0 C 3) Q3 = m LF = 4 mg 80 Q2 = 320 mg Observe que o calor liberado pela gua insuficiente para derreter os 4 cubos de gelo. Portanto, no final vamos ter gua e gelo a 0 C. Resposta: d

Resoluo: Usando o roteiro estabelecido na resoluo da questo, temos: 1) Q1 = m c = 400 1,0 (0 10) Q1 = 4 000 cal 2) Q2 = m c = 200 0,50 [0 (15)] 3) Q3 = m LF = 200 80 Q3 = 16 000 cal Q2 = 1 500 cal 2 500 cal

44

PARTE I TERMOLOGIA

83 (Unirio-RJ) Coloca-se em um copo de bordas bastante finas e ca-

b) Pot t = m LF 200 (30 10) = 100 LF Respostas: a) 1 ; b) 40 cal/g 285 (UFPI) O grf ico abaixo representa a variao de temperatura, em funo do tempo, de um corpo inicialmente slido:Temperatura A B C D

pacidade trmica desprezvel uma massa m de gua que se encontra, inicialmente, temperatura de 20 C. Em seguida, uma massa m/2 de gelo a 0 C colocada e a mistura gua-gelo enche o copo completamente sem transbordar. O calor especfico da gua 1,0 cal/g C e o calor latente de fuso do gelo de 80 cal/g. Desprezando as trocas de calor com o ambiente, podemos afirmar que, depois de alcanado o equilbrio trmico, dentro do copo: a) a gua estar a 5 C. b) haver gua e gelo a 0 C. c) a gua estar a 10 C. d) haver apenas gua a 0 C. e) a gua estar a 13,3 C. Resoluo: 1) Q1 = m c = m 1,0 (0 20) Q1 = 20 m 2) Q2 = 0 (o gelo se encontra a 0 C) 3) Q3 = m LF = m 80 Q3 = 40 m 2 Observemos que o calor necessrio (40 m) para derreter o gelo maior do que o calor retirado da gua (20 m); portanto o gelo ir derreter parcialmente (metade). Assim, no f inal vamos ter gua e gelo em equilbrio a 0 C. Resposta: b84 Uma fonte trmica de potncia constante utilizada para aque-

LF = 40 cal/g

Tempo

Os patamares AB e CD representam, respectivamente, as seguintes mudanas de fase: a) solidificao e fuso. b) solidificao e vaporizao. c) fuso e solidificao. d) vaporizao e sublimao. e) fuso e vaporizao. Resoluo: AB : Fuso CD : Vaporizao Resposta: e86 (Fatec-SP) Que efeito exerce, na temperatura de ebulio de um lquido, a variao de presso sobre sua superfcie? a) O aumento da presso eleva a temperatura de ebulio. b) O aumento da presso abaixa a temperatura de ebulio. c) A diminuio da presso faz cessar a ebulio. d) A diminuio de presso acarreta uma oscilao na temperatura de ebulio. e) Nenhum efeito.

cer uma amostra de 100 g de uma substncia que est inicialmente no estado slido. O grfico mostra como varia a temperatura dessa substncia no decorrer do tempo de aquecimento. Determine: c a) a razo s entre os calores especficos da substncia no estado scl lido e no estado lquido; b) o calor latente de fuso dessa substncia, sabendo que a potncia da fonte trmica igual a 200 cal/s. (C) 30

10

Resoluo: O aumento de presso na superfcie do lquido dificulta o escape de partculas gasosas, exigindo uma maior temperatura para a ebulio. Resposta: a

0

10

30

50

t (s)

10

Resoluo: Pot t = m c Pot t cS m a) = cL Pot t m cS 1 = cL 2S

=

tS L 10 (30 10) = = 10 20 (50 30) [10 (10)] 20 20 tL S

L

87 Analise as afirmativas dadas a seguir: (01) A temperatura de ebulio da gua sempre 100 C, independentemente de outras condies. (02) No interior de uma panela de presso fechada, a gua entra em ebulio a uma temperatura maior que 100 C. (04) No Rio de Janeiro (altitude zero), a gua entra em ebulio a 100 C em uma panela sem tampa; em So Paulo (altitude 731 m), a mesma gua ferveria a uma temperatura maior que 100 C. (08) O aumento de presso na superfcie da gua dificulta a evaporao, mas no altera sua temperatura de ebulio. (16) Na evaporao de um lquido, so as partculas de maior nvel de energia que saem pela superfcie livre, provocando uma diminuio de temperatura. D como resposta a soma dos nmeros associados s proposies corretas.

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

45

Resoluo: (01) Incorreta A temperatura de ebulio da gua pode ser de 100 C, menor do que 100 C e maior do que 100 C, dependendo da presso exercida em sua superfcie. (02) Correta Presso maior, temperatura de ebulio maior. (04) Incorreta Aumentando-se a altitude, a presso atmosfrica diminui. Assim, em So Paulo, a gua entra em ebulio a uma temperatura menor do que 100 C. (08) Incorreta O aumento de presso na superfcie da gua dificulta sua evaporao e aumenta sua temperatura de ebulio. (16) Correta. Resposta: 1888 (Cefet-MG) As temperaturas de ebulio da gua nas cidades A e B so, respectivamente, 96 C e 100 C. correto afirmar que: a) a altitude de B maior que a de A. b) as duas cidades esto ao nvel do mar. c) a cidade A est acima do nvel do mar. d) a presso atmosfrica em A maior que em B. e) as duas cidades possuem a mesma presso atmosfrica.

Resoluo: Numa panela de presso, a temperatura de ebulio da gua por volta de 120 C. Assim, a gua demora mais para ferver, mas ferve a uma temperatura maior. Resposta: a91 (Ufes) Os cozinheiros sabem que um bom pudim deve ser cozi-

do em banho-maria: a frma contendo o pudim mergulhada em um recipiente no qual se mantm gua fervendo. A razo fsica para esse procedimento que: a) o cozimento se d a presso controlada. b) o cozimento se d a temperatura controlada. c) a gua um bom isolante trmico. d) o peso aparente do pudim menor, devido ao empuxo (princpio de Arquimedes). e) a expanso volumtrica do pudim controlada. Resoluo: O cozimento do pudim deve ser feito a uma temperatura prxima de 100 C. Assim, usa-se a gua em ebulio para controlar a temperatura de cozimento. Resposta: b92 (UFV-MG) Colocando gua gelada no interior de um copo de vidro seco, observa-se, com o passar do tempo, a formao de gotculas de gua na parede externa do copo. Isso se deve ao fato de que: a) a gua gelada atravessa a parede do copo. b) as gotas dgua sobem pela parede interna do copo alcanando a parede externa, onde se depositam. c) a gua fria cria microf issuras na parede do copo de vidro, pelas quais a gua passa para fora. d) o vapor dgua presente na atmosfera se condensa. e) o copo de vidro.

Resoluo: A cidade B est ao nvel do mar (temperatura de ebulio da gua = 100 C). A cidade A tem altitude maior. A presso atmosfrica menor (E = 96 C). Resposta: c89 (Unirio-RJ) Admita que voc est com muita fome e deseja cozinhar batatas em uma panela comum de alumnio num ambiente termicamente isolado. Considerando que voc s se alimentar quando as batatas estiverem completamente cozidas, em que local voc poderia saciar sua fome mais rapidamente? 1 Despreze as perdas de calor para o meio ambiente. 2 Considere a mesma temperatura inicial do conjunto em todos os ambientes. a) No Po de Acar Rio de Janeiro. b) Na Pedra do Sino Petrpolis. c) No Pico das Agulhas Negras Itatiaia. d) No Pico da Bandeira ES. e) No Pico da Neblina - Serra do Imeri RR.

Resoluo: Essas gotinhas de gua que se formam na face externa do copo gelado so devidas condensao de vapor dgua existente na atmosfera. Esse vapor dgua cede energia trmica para o vidro, liquefazendo-se. Resposta: d93 Sob presso normal, 200 g de gua entram em ebulio a 100 C. Quanto calor deve ser fornecido a essa gua para que metade dela transforme-se em vapor? Dado: calor latente de vaporizao da gua = 540 cal/g.

Resoluo: Dos locais citados, aquele que se encontra mais prximo do nvel do mar o Po de Acar (RJ). Assim, nesse local, a gua dever entrar em ebulio a uma temperatura maior, fazendo o cozimento das batatas acontecerem em tempo menor. Resposta: a90 Numa panela de presso: a) a gua demora mais para ferver, mas a temperatura atingida maior que numa panela comum; b) a gua ferve rapidamente e atinge maior temperatura; c) a gua demora mais para ferver e atinge temperatura menor que numa panela comum; d) a gua ferve rapidamente, atingindo temperatura menor que numa panela comum; e) a gua sempre ferve a 100 C, independentemente da presso exercida em sua superfcie livre.

Resoluo: Q = m Lv Q = 200 540 2 Q = 5,4 104 cal Resposta: 5,4 104 cal

46

PARTE I TERMOLOGIA

94 Num calormetro ideal, encontramos 30 g de gua a 20 C, sob presso normal. Calcule a quantidade de calor que esse sistema deve receber, at que toda a gua transforme-se em vapor. Dados: calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de vaporizao da gua = 540 cal/g.

Resoluo: Q = Q1 + Q2 Q = m c + m Lv Q = 30 1,0 (100 20) + 30 540 (cal) Q = 2 400 + 16 200 (cal) Q = 1,86 104 cal Resposta: 1,86 104 cal95 Um quilograma de gelo a 50 C aquecido, transformando-se

97 Quando algum vai tomar um caf muito quente, costuma assoprar a superfcie do lquido. Com isso, o caf esfria mais depressa, porque: a) o ar expelido pela pessoa mais frio que o caf e retira calor do sistema; b) o ar expelido pela pessoa evita que o calor saia pela superfcie livre, forando-o a sair pelas faces da xcara; c) o ar expelido retira o vapor de gua existente na superfcie do caf, reduzindo a presso de vapor e, desse modo, favorecendo a evaporao; d) o ar expelido combina quimicamente com o vapor de gua, retirando energia trmica do caf; e) um costume que vem do sculo XVII, da Corte dos reis da Frana, quando os nobres descobriram o caf.

em vapor a 100 C. So conhecidos: calor especf ico do gelo = 0,5 cal/g C; calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1 cal/g C; calor latente de vaporizao da gua = 540 cal/g. As diversas fases do processo so: aquecimento e fuso do gelo; aquecimento e vaporizao da gua. Atribuindo o algarismo 1 ao processo que requer o maior nmero de calorias, o algarismo 2 ao que vem em segundo lugar e assim por diante, de cima para baixo, forma-se o nmero: a) 1234; d) 4321; b) 4231; e) 1324. c) 2413; Resoluo: Aquecimento do gelo (4) Q1 = m c = 1 000 0,50 [0 (50)] (cal) Q1 = 25 000 cal Fuso do gelo Q2 = m LF = 1 000 80 (cal) Q2 = 80 000 cal Aquecimento da gua Q3 = m c = 1 000 1,0 (100 0) (cal) Q3 = 100 000 cal Vaporizao da gua Q4 = m Lv = 1 000 540 (cal) Q4 = 540 000 cal Resposta: d96 O fato de o ter evaporar mais depressa que o lcool, nas mesmas condies, mostra que a rapidez de evaporao depende da: a) temperatura; b) presso em sua superfcie livre; c) natureza do lquido; d) rea da superfcie livre; e) densidade do lquido.

Resoluo: Com o sopro da pessoa, a presso na regio acima do lquido diminui. A rapidez de evaporao est ligada a essa presso e vai aumentar com a reduo de presso. Como a evaporao um processo endotrmico, ela retira calor da massa lquida que fica na xcara, provocando o seu resfriamento. Resposta: c98 Num recipiente dotado de mbolo, h um lquido em equilbrio com o seu vapor. Se levantarmos o mbolo, aumentando o volume, sem alterar a temperatura:

H

(3) a) b) c) d) e) parte do vapor se condensar; mais lquido vaporizar; lquido e vapor mantero a mesma proporo; o lquido ferver obrigatoriamente; parte do lquido se transformar em slido.

(2)

(1)

Resoluo: Ao levantarmos o mbolo, a presso na superfcie do lquido diminui, favorecendo a evaporao de mais lquido. Resposta: b99 Na questo anterior, aps levantarmos o mbolo de modo que ainda sobre lquido, observamos que a presso do vapor no equilbrio: a) a mesma de antes; b) aumenta; c) diminui; d) depende de quanto o vapor aumentou; e) Impossvel saber o que ocorreu.

Resoluo: O ter mais voltil que o lcool, isto , nas mesmas condies o ter evapora mais rapidamente que o lcool. Resposta: c

Resoluo: Ao levantarmos o mbolo, a presso de vapor diminui. Mais lquido ir evaporar at atingir o equilbrio dinmico, quando a presso de vapor volta a ser igual inicial. Resposta: a

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

47

100 (UFF-RJ) Ao usar um ferro de passar roupa, uma pessoa, em

geral, umedece a ponta do dedo em gua antes de encost-lo rapidamente na base aquecida do ferro, para testar se ela j est suficientemente quente. Ela procede dessa maneira, com a certeza de que no queimar a ponta de seu dedo. Isso acontece porque, em relao aos demais lquidos, a gua tem: a) um baixo calor especfico. b) um comportamento anmalo na sua dilatao. c) uma densidade que varia muito ao se evaporar. d) uma elevada temperatura de ebulio. e) um elevado calor latente de vaporizao. Resoluo: A gua, devido a seu elevado calor latente de vaporizao (540 cal/g), demora para vaporizar-se. Por isso, ao testar a temperatura de um ferro de passar roupa ligado, conveniente umedecer as pontas dos dedos como a gua demorar para vaporizar-se, no h risco de queimar a pele. Resposta: e101 (Uerj) Uma menina deseja fazer um ch de camomila, mas s

Resoluo: No grfico, o patamar superior representa a liquefao do vapor de gua, enquanto o patamar inferior representa a fuso do gelo. Sendo assim: a) Q = mvLv 5,4 103 = mv 540 b) Q = mgLF 4,0 103 = mg 80 mv = 10 g mg = 50 g

c) Na observao do grf ico, notamos que a gua proveniente do derretimento do gelo recebeu 2,0 103 cal para atingir a temperatura . Da, temos: Q = m c 2,0 103 = 50 1 ( 0) = 40 C

103 Considere 1,0 kg de gelo a 0 C e uma massa x de vapor de gua a 100 C, colocados em um recipiente de capacidade trmica desprezvel. A temperatura final de equilbrio trmico 0 C, e o sistema est totalmente no estado lquido. Qual o valor de x em quilogramas? Dados: calor especfico latente de vaporizao da gua = 540 cal/g; calor especfico latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico sensvel da gua = 1,0 cal/g C.

possui 200 g de gelo fundente e um forno de micro-ondas cuja potncia mxima 800 W. Considere que a menina se encontra no Rio de Janeiro (ao nvel do mar), que o calor latente de fuso do gelo vale 80 cal/g, que o calor especfico da gua vale 1,0 cal/g C e que 1 caloria vale aproximadamente 4 J. Usando esse forno, qual o tempo mnimo necessrio para a gua entrar em ebulio? Resoluo: Pot t = (m LF) + (m c ) 800 t = 200 80 + 200 1,0 (100 0) 4 200 t = 16 000 + 20 000 200 t = 36 000 t = 180 s = 3,0 min Resposta: 3,0 min102 E.R. Num calormetro ideal, colocam-se as massas m de vapor v

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 [(x Lv) + (x c )]vapor + (m LF)gelo = 0 x (540) + x 1,0 (0 100) + 1 000 80 = 0 540x 100x + 80 000 = 0 640x = 80 000 x = 125 g = 0,125 kg Resposta: 0,125 kg104 (Univest-SP) Deseja-se obter 800 gramas de gua a 64 C. Para isso, misturam-se m1 gramas de gelo a 0 C com m2 gramas de vapor de gua a 100 C no interior de um calormetro perfeitamente adiabtico e de capacidade trmica desprezvel. Quais os valores de m1 e m2? Dados: calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de vaporizao da gua = 540 cal/g.

de gua a 100 C e mg de gelo a 0 C, sob presso normal. O grfico mostra como variaram as temperaturas dessas massas em funo das quantidades de calor trocadas:

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 [(m Lv) + (m c )]vapor + (m LF) + (m c )]gelo = 0 m2 (540) + m2 1,0 (64 100) + m1 80 + m1 1,0 (64 0) = 0 540 m2 36 m2 + 80 m1 + 64 m1 = 0 576 m2 = 144 m1 4 m 2 = m1

(C) 100

0 4,0 5,4 6,0 Q (103 cal)

Mas: m1 + m2 = 800 Ento, 4 m2 + m2 = 800 5 m2 = 800 m1 = 800 m2 m1 = 800 160 m1 = 640 g Respostas: 640 g e 160 g m2 = 160 g

Sendo o calor latente de fuso do gelo 80 cal/g, o de vaporizao da gua 540 cal/g e o calor especfico de gua 1 cal/g C, determine: a) a massa mv de vapor de gua; b) a massa mg de gelo; c) a temperatura de equilbrio trmico.

48

PARTE I TERMOLOGIA

105 (UEL-PR) Um calormetro de capacidade trmica 50 cal/ C contm 50 g de gelo e 200 g de gua em equilbrio trmico, sob presso normal. Se introduzirmos 50 g de vapor de gua a 100 C no calormetro, qual ser a temperatura final de equilbrio trmico? Dados: calor latente de fuso do gelo = 80 cal/g; calor especfico da gua = 1,0 cal/g C; calor latente de vaporizao da gua = 540 cal/g.

107 (Enem) Se, por economia, abaixarmos o fogo sob uma panela de presso logo que se inicia a sada de vapor pela vlvula, de forma simplesmente a manter a fervura, o tempo de cozimento: a) ser maior porque a panela esfria. b) ser menor, pois diminui a perda de gua. c) ser maior, pois a presso diminui. d) ser maior, pois a evaporao diminui. e) no ser alterado, pois a temperatura no varia.

Resoluo: Qcedido + Qrecebido = 0 [(m Lv) + (m c )]vapor + [(m LF) + (m c )]gelo + (m c )gua + + (C )calormetro = 0 50 (540) + 50 1,0 (f 100) + 50 80 + 50 1,0 (f 0) + + 200 1,0 (f 0) + 50 (f 0) = 0 27 000 + 50 f 5 000 + 4 000 + 50 f + 200 f + 50 f = 0 350 f = 28 000 f = 80 C Resposta: 80 C106 (Unimep-SP) A panela de presso permite que os alimentos sejam cozidos em gua muito mais rapidamente do que em panelas comuns. A seguir, a figura mostra esquematicamente uma panela de presso e o diagrama de fase da gua. Qual das afirmaes no verdadeira?DIAGRAMA DE FASE DA GUA 5 Presso (atm) Vlvula de segurana Vapor gua 4 3 2 1 0 Lquido Vapor 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Temperatura (C)

Resoluo: Se mantivermos o fogo alto, iremos aumentar a quantidade de gua que vaporiza. A temperatura de ebulio da gua, no entanto, se mantm a mesma. Resposta: e108 Na coluna da esquerda temos alguns locais com suas respecti-

vas altitudes; na da direita, temperaturas de ebulio da gua. Associe as duas colunas e identifique a alternativa correta. (A) Quito (2 851 m) (I) 101 C (B) Monte Everest (8 882 m) (II) 90 C (C) Mar Morto (395 m) (III) 71 C (D) Braslia (1 152 m) (IV) 96 C a) AI; BII; CIII; DIV b) AII; BIII; CI; DIV c) AIII; BII; CI; DIV d) AII; BIII; CIV; DI e) AIV; BIII; CI; DII

Resoluo: Maior altitude, menor temperatura de ebulio da gua. Assim: (A) Quito (2 851 m) (II) 90 C (B) Monte Everest (8 882 m) (III) 71 C (C) Mar Morto (395 m) (I) 101 C (D) Braslia (1 152 m) (IV) 96 C Resposta: b109 O grfico a seguir fornece o tempo de cozimento, em gua fervente, de uma massa m de feijo em funo da temperatura.Tempo de cozimento versus temperatura 160 140 Tempo de cozimento (min) 120 100 80 60 40 20 0 90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 Temperatura (C)

a) A vantagem do uso da panela de presso a rapidez para o cozimento devido quantidade adicional de calor que transferida para a panela. b) Quando a presso no interior da panela atinge 2 atm, a gua entra em ebulio a 120 C. c) Para 4 atm no interior da panela, a gua ferve a uma temperatura acima de 140 C. d) Em Santos, em uma panela comum, a gua ferve aproximadamente a 100 C. e) Numa panela comum, num local grande altitude, a gua entra em ebulio abaixo de 100 C. Resoluo: A rapidez para o cozimento dos alimentos, quando se usa uma panela de presso, devida ao aumento de presso na superfcie da gua, o que aumenta sua temperatura de ebulio. Assim, os alimentos permanecem submersos em gua mantida em ebulio a mais de 100 C. A alternativa que no condiz com a verdade a a. Resposta: a

Sabe-se que a temperatura de ebulio da gua, em uma panela sem tampa, funo da presso atmosfrica local. Na tabela da pgina 49, encontramos a temperatura de ebulio da gua em diferentes

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

49

presses. Ao nvel do mar (altitude zero), a presso atmosfrica vale 76 cm Hg e ela diminui 1,0 cm Hg para cada 100 metros que aumentamos a altitude. Temperatura de ebulio da gua em funo da pressoPresso em 60 cm Hg Temperatura 94 em C 64 68 72 76 80 84 88 92 96 100 104 108

d) O processo de expanso adiabtica do gs ocorre com reduo de sua energia interna e temperatura, levando ao congelamento do vapor dgua presente no ar. e) A energia produzida pela expanso permite ao gs sofrer uma transformao de estado que o faz congelar-se em torno do recipiente. Resoluo: O vazamento do gs ocorre de maneira muito rpida por meio de uma expanso adiabtica. Assim, a presso exercida na superfcie do lquido (GLP) diminui rapidamente, provocando uma evaporao tambm muito rpida. Como a evaporao endotrmica, o lquido (GLP) resfria-se rapidamente, provocando a condensao de vapor dgua existente no ambiente, que se acumula em forma de gotas na superfcie externa do botijo. Se o processo continua mais tempo, essas gotas de gua se esfriam e se solidificam, formando uma camada de gelo em torno do botijo. Resposta: d111 Na f igura a seguir, o mbolo est travado no ponto B. O reci-

95

97

98

100 102 103 105 106 108 109 110 111

Analise as afirmaes. I. Ao nvel do mar, essa massa m de feijo ir demorar 40 minutos para o seu cozimento. II. O Mar Morto encontra-se aproximadamente 400 metros abaixo do nvel dos mares (altitude 400 m). Nesse local, o mesmo feijo demoraria 30 minutos para o seu cozimento. III. O tempo de cozimento desse feijo seria de 1,0 hora num local de altitude aproximadamente igual a 1,0 km. IV. Se esse feijo estivesse no interior de uma panela de presso fechada, cuja vlvula mantm a presso interna a 1,42 atm (1,0 atm equivale a 76 cm Hg), independentemente do local, o tempo de cozimento seria de aproximadamente 10 minutos. (so) verdadeira(s): a) somente I. d) somente II, III e IV. b) somente I e III. e) I, II, III e IV. c) somente I, II e IV. Resoluo: I) Verdadeira Ao nvel do mar, a presso vale 76 cm Hg. Na tabela, 76 cm Hg correspondem temperatura de ebulio da gua em 100 C. No grfico, 100 C correspondem a 40 minutos de cozimento. II) Verdadeira Altitude 400 m, a presso atmosfrica vale (76 + 4) cm Hg. Na tabela, 80 cm Hg correspondem a 102 C. No grfico, 102 C correspondem a 30 minutos para o cozimento. III) Falsa No grfico, 1,0 h (60 min) de cozimento corresponde a 97 C. Na tabela, 97 C correspondem a 68 cm Hg; (76 68) cm Hg = 8 cm Hg. A variao de 8 cm Hg corresponde variao de 800 m na altitude. IV) Verdadeira No interior da panela de presso fechada, a presso mantm-se constante a partir da ebulio da gua, independentemente do local. P = 1,42 atm = 1,42 76 cm Hg 108 cm Hg Na tabela, 108 cm de Hg correspondem a 111 C. No grfico, 111 C correspondem a 10 minutos. Resposta: c110 (UFV-MG) A vlvula de segurana de um botijo de gs estourou e o gs vazou rapidamente, produzindo uma fina camada de gelo na parede externa do recipiente. A explicao para o aparecimento da camada de gelo : a) O gs liquefeito do botijo lquido a temperatura e presso ambientes. b) O processo isotrmico de expanso do gs produz elevao da presso externa e, consequentemente, o vapor dgua no ambiente prximo supera o ponto de orvalho, condensando-se. c) O gs liquefeito contido no botijo, por possuir baixo ponto de vaporizao, est a uma temperatura inferior a zero Celsius, condensando-se em torno da parede externa ao escapar do recipiente.

piente contm uma substncia X e sabe-se que sua presso mxima de vapor varia de acordo com o grfico:E D C B A pm (atm) 0,50

M

Substncia X ( = 15 C)

0,10 0 10 20 30 40 (C)

Analise as proposies seguintes: I. Se o manmetro M indicar 0,08 atm de presso, o sistema no atingiu seu equilbrio dinmico, e o vapor no-saturante. II. Quando o sistema atingir o equilbrio dinmico lquido/vapor, o manmetro acusar 0,10 atm. III. Elevando-se o mbolo lentamente, observar-se- que a presso se manter constante enquanto existir lquido. Se, terminando o lquido, o mbolo continuar a subir, a presso no se manter constante, e o vapor passar a ser no-saturante seco. IV. Com o mbolo travado em B e aquecendo-se o sistema a 40 C, o manmetro indicar 0,50 atm se existir lquido. Quais so as proposies verdadeiras (V) e quais so as falsas (F)? Resoluo: As quatro proposies so verdadeiras. Respostas: I - V; II - V; III - V; IV - V112 Na f igura abaixo, temos um cilindro contendo uma pequena

quantidade de ter lquido e seus vapores:

h0

50

PARTE I TERMOLOGIA

O mbolo levantado lentamente. Identif ique o grf ico que melhor pode traduzir a presso no interior do recipiente, em funo da altura h que representa a distncia do mbolo ao fundo do cilindro. c) p a) p

Resoluo: No ponto triplo, uma substncia pode coexistir nos estados slido, lquido e gasoso (vapor). Resposta: d115 (Unisa-SP) Thomas Andrews constatou que, para cada substncia no estado gasoso, existe uma temperatura acima da qual impossvel a liquefao por compresso isotrmica. Que temperatura essa?

h0

h

h0

h

b) p

d) p

Resoluo: A temperatura que separa os estgios vapor e gs de uma substncia denominada temperatura crtica. Resposta: temperatura crtica116 Para liquefazer um gs, deve-se:

h0

h

h0

h

Resoluo: Enquanto houver lquido no interior do recipiente, a presso permanecer constante. Aps o trmino da fase lquida, a presso diminuir (com a elevao do mbolo), quase em uma relao inversa com o volume. Resposta: a113 Leia as afirmativas a seguir.

a) b) c) d)

comprimi-lo isotermicamente a uma temperatura acima da crtica; apenas lev-lo a uma temperatura abaixo da crtica; simplesmente comprimi-lo, qualquer que seja sua temperatura; diminuir sua temperatura abaixo da crtica e, se necessrio, comprimi-lo; e) impossvel liquefazer um gs. Resoluo: O gs deve ser resfriado abaixo da temperatura crtica e, se necessrio, deve ser comprimido. Resposta: d117 (UFBA) A temperatura crtica da gua 647 K. Com base nessa informao, podemos afirmar que a gua est sob a forma de: a) vapor, acima de 400 C. b) gs, a 300 C. c) vapor, a 600 C. d) gs, a 400 C. e) vapor, abaixo de 647 C.

(01) A sublimao de uma substncia corresponde sua passagem do estado slido para o estado lquido. (02) A temperatura de sublimao de uma substncia cresce com o aumento de presso. (04) Gelo-seco a denominao comercial do dixido de carbono (CO2 slido). Quando este deixado sobre uma mesa, vai desaparecendo. A explicao que ele est sublimando. (08) A passagem de uma substncia do estado slido para o gasoso, ou vice-versa, sem que se transforme em lquido, denominada sublimao. D como resposta a soma dos valores associados s af irmativas corretas. Resoluo: (01) Incorreta Sublimao a passagem do estado slido para o gasoso ou vice-versa, sem que a substncia passe pela fase lquida. (02) Verdadeira (04) Verdadeira (08) Verdadeira Resposta: 14114 A temperatura do ponto triplo corresponde:

Resoluo: c = T (K) 273 c = 647 273 (C) c = 374 C Assim, acima de 374 C a gua encontra-se no estado gs. Resposta: d118 O grf ico a seguir indica esquematicamente o diagrama da presso (p) exercida sobre uma substncia em funo de sua temperatura ():p

a) ao conjunto do zero absoluto, da temperatura de fuso e da temperatura de ebulio de uma substncia; b) temperatura em que uma substncia pode ter suas fases lquida, de vapor e de gs coexistindo em equilbrio; c) temperatura crtica de uma substncia; d) coexistncia, em equilbrio, das fases slida, lquida e de vapor de uma mesma substncia; e) Nenhuma das afirmaes anteriores est correta.

Regio II

Ponto crtico

Regio I

Ponto triplo Regio III

Regio IV

Tpico 3 Calor sensvel e calor latente

51

Quais as correspondentes fases do estado de agregao das partculas dessa substncia, indicadas pelas regies assinaladas na figura? Resoluo: I Slido II Lquido III Vapor IV Gs

p (mm Hg) 760

Respostas: I slido; II lquido; III vapor; IV gs119 O diagrama de estado de uma substncia esquematizado

Lquido

abaixo:P

92,6 9,2 10

a rv Cu Gasoso

de

50

K A B D Z C

a) Explique se possvel ter gua em estado lquido temperatura acima de 100 C. b) Explique de que forma a presso atmosfrica local interfere no ponto de ebulio da gua. Resoluo: a) Sim, possvel. Sob presses maiores que 760 mm Hg (1 atm), a gua entra em ebulio a temperaturas maiores do que 100 C. Assim, podemos encontrar gua lquida a temperaturas maiores do que 100 C, desde que a presso em sua superfcie seja maior que 760 mm Hg. b) Na observao do grfico, notamos que a temperatura de ebulio da gua aumenta com o aumento da presso em sua superfcie. Respostas: a) Sim, para presses maiores que 760 mm Hg; b) A presso atmosfrica e a temperatura de ebulio aumentam.121 (Unesp-SP) Nos quadrinhos da tira, a me menciona as fases da

Agora, leia as afirmativas: (01) Na regio A, a substncia encontra-se no estado slido. (02) Na regio B, a substncia encontra-se no estado lquido. (04) Nas regies C e D, a substncia encontra-se no estado de vapor. (08) K o ponto triplo e Z, o ponto crtico dessa substncia. (16) Na regio D, a substncia no pode ser liquefeita por mera compresso isotrmica. (32) A curva que liga os pontos Z e K chama-se curva da sublimao, pois separa as regies de lquido e vapor. D como resposta a soma dos valores associados s afirmativas corretas. Resoluo: (01) Correta (02) Correta (04) Incorreta Em D, encontramos gs. (08) Incorreta K ponto crtico Z ponto triplo (16) Correta (32) Incorreta A curva ZK chama-se curva da vaporizao-liquefao. Resposta: 19120 (Vunesp-FMJ-SP) A tabela e o grf ico apresentam valores da temperatura de ebulio da gua sob diferentes presses. p (mm Hg) 6,5 9,2 92,6 760 11 650 132 700 t (C) 5 10 50 100 200 350

gua conforme a mudana das estaes.

ROSE IS ROSE/Pat Brady2006 United Media/Ipress

va po riz a o

100 t (C)

52

PARTE I TERMOLOGIA

Entendendo boneco de neve como sendo boneco de gelo e que com o termo evaporou a me se refira transio gua vapor, pode-se supor que ela imaginou a sequncia gelo gua vapor gua. As mudanas de estado que ocorrem nessa sequncia so: a) fuso, sublimao e condensao. b) fuso, vaporizao e condensao. c) sublimao, vaporizao e condensao. d) condensao, vaporizao e fuso. e) fuso, vaporizao e sublimao. Resoluo: Na sequncia, temos: gelo gua fuso gua vapor vaporizao vapor gua liquefao ou condensao Resposta: b122 A inuncia da presso nas mudanas de estado da matria a explicao para o seguinte fato: I. no Rio de Janeiro, a gua ferve a uma temperatura mais elevada que em Belo Horizonte; II. no Rio de Janeiro, o gelo funde-se a uma temperatura maior que em Belo Horizonte; III. aumentando a presso sobre as substncias slidas cristalinas em geral, aumentamos o valor de sua temperatura de fuso. Quais so as afirmativas verdadeiras (V) e quais so as falsas (F)?

124 (PUC-RS) A temperatura de fuso de uma substncia depende da presso que exercida sobre ela. O aumento de presso sobre um corpo ocasiona, na sua temperatura de fuso: a) um acrscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande. b) um acrscimo, se o corpo, ao se fundir, se contrai. c) um decrscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande. d) um decrscimo para qualquer substncia. e) um acrscimo para qualquer substncia.

Resoluo: O aumento de presso sobre um corpo aumenta sua temperatura de fuso se ele pertencer regra geral. No entanto, se for exceo, a temperatura de fuso diminuir. Resposta: a125 As grandes geleiras que se formam no alto das montanhas deslizam porque: a) o gelo muito liso, ocorrendo pequeno atrito entre o bloco de gelo e o cho; b) a componente tangencial do peso a nica fora atuante sobre as geleiras; c) o vento as desgruda do cho; d) o aumento de presso na parte inferior das geleiras, devido ao seu peso, funde o gelo, soltando-as do cho.

Resoluo: I Verdadeira II Falsa A gua uma das excees regra geral. Sob presso maior (Rio de Janeiro), o gelo derrete a uma temperatura menor. III Verdadeira Respostas: I V; II F; III V123 O diagrama de fases de uma substncia simples representado

Resoluo: O peso da crosta de gelo aumenta a presso em sua base, propiciando a fuso, o que provoca a soltura da geleira do cho. Resposta: d126 (FCMSC-SP) Temperatura crtica de uma substncia a:

a seguir:Presso A B Ponto 2 C Ponto 1 Temperatura

a) nica temperatura na qual a substncia pode sofrer condensao, qualquer que seja a presso. b) nica temperatura qual a substncia no pode sofrer condensao mediante simples aumento de presso. c) nica temperatura qual a substncia pode sofrer condensao mediante simples aumento de presso. d) maior temperatura qual a substncia no pode sofrer condensao mediante simples aumento de presso. e) temperatura acima da qual a substncia no pode sofrer condensao mediante simples aumento de presso. Resoluo: Temperatura crtica aquela acima da qual a substncia no pode ser liquefeita por meio de aumento da presso. Resposta: e127 (UFPR) Pode-se atravessar uma barra de gelo usando-se um fio metlico em cujas extremidades esto fixos corpos de pesos adequados, sem dividir a barra em duas partes.

A respeito, julgue as afirmaes a seguir. I. O ponto 1 corresponde ao ponto crti