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Calorimetria – Avançada

Professor Neto Professor Allan Borçari

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Questão 01 - (FMABC)

Um jovem lança um bloco de alumínio de massa 80g, cuja temperatura inicial é de 20 ºC, sobre uma superfície áspera. O coeficiente de atrito dinâmico entre a base do bloco e a superfície vale 0,3. O bloco, no momento que se separou da mão do garoto, tinha velocidade inicial de 10m/s e deslizou por 3,33s até parar. Suponha que toda a energia desse movimento tenha sido convertida em energia térmica e que 20% dela tenha sido absorvida pela superfície de deslizamento. A variação de temperatura do bloco, na escala Fahrenheit, será de

Para simplificação dos cálculos, adote: g = 10m/s2 1 cal = 4J

Calor específico do alumínio = 0,2cal/g ºC

a) 0,05 ºF b) 0,09 ºF c) 4 ºF d) 7,2 ºF e) 16 ºF

Gab: B Questão 02 - (UFRN)

A potência de um condicionador de ar é medida em BTU (British Thermal Unit, ou Unidade Termal Britânica). 1 BTU é definido como a quantidade necessária de energia para se elevar a temperatura de uma massa de uma libra de água em um grau Fahrenheit. O cálculo de quantos BTUs serão necessários para cada ambiente leva em consideração a seguinte regra: 600 BTUs por metro quadrado para até duas pessoas, e mais 600 BTUs por pessoa ou equipamento que emita calor no ambiente.

De acordo com essa regra, em um escritório de 12 metros quadrados em que trabalhem duas pessoas e que haja um notebook e um frigobar, a potência do condicionador de ar deve ser

a) 15.600 BTUs. b) 8.400 BTUs. c) 7.200 BTUs. d) 2.400 BTUs.

Gab: B Questão 03 - (UNICAMP SP)

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, N0 = 9,0 × 104 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) = N0 , onde 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?



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b) A cada tragada, o fumante aspira

aproximadamente 35 mililitros de fumaça. A fumaça possui uma capacidade calorífica molar C = 32

e um volume molar de 28

litros/mol. Assumindo que a fumaça entra no corpo humano a 72ºC e sai a 37ºC, calcule o calor transferido ao fumante numa tragada.

Gab:

a) M = 3,6 ⋅ 104 células mortas por segundo

b) Q = 1,4J Questão 04 - (IME RJ)

A água que alimenta um reservatório, inicialmente vazio, escoa por uma tubulação de 2 m de comprimento e seção reta circular. Percebe-se que uma escala no reservatório registra um volume de 36 L após 30 min de operação. Nota-se também que a temperatura na entrada da tubulação é 25 °C e a temperatura na saída é 57 °C. A água é aquecida por um dispositivo que fornece 16,8 kW para cada metro quadrado da superfície do tubo. Dessa forma, o diâmetro da tubulação, em mm, e a velocidade da água no interior do tubo, em cm/s, valem, respectivamente:

Dados:

• π/4 = 0,8; • massa específica da água: 1 kg/L; e • calor específico da água: 4200 J/

kg°C.

a) 2,5 e 40 b) 25 e 4 c) 25 e 40 d) 2,5 e 4 e) 25 e 0,4

Gab: B Questão 05 - (UFG GO)

Os avanços da Física fornecem valiosas ferramentas de investigação para outras áreas da ciência. Por exemplo, a descoberta dos raios X possibilitou à Medicina o tratamento do câncer mediante o uso de radiações ionizantes. Nessa terapia, a unidade de medida para a dose de radiação absorvida é o gray (Gy), que equivale a 1 J de energia absorvida por quilograma do tecido-alvo. Atualmente, novas terapias vêm sendo propostas para tratar tumores pela elevação da sua temperatura (hipertermia), pois os tumores são sensíveis a aquecimentos acima de 42 ºC. Para uma determinada aplicação radiológica, um médico solicitou à sua equipe aplicações de raios X em um determinado tumor de massa estimada em 50 g, em doses diárias de 2 Gy. Considerando que a temperatura do corpo humano é de 37 ºC, que o calor específico do tumor é igual ao da água e que o valor aproximado de 1 caloria é de 4 joules, determine, em unidades do SI, a

a) energia absorvida por esse tumor em

cada aplicação; b) dose necessária para que a

radioterapia seja considerada uma modalidade de hipertermia.

Gab:

a) E=0,1 J b) Dose = 2,0 x 104 Gy



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Questão 06 - (UEL PR)

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

Gab: A Questão 07 - (UFSCar SP)

Estima-se que hoje em dia o Brasil tenha cerca de 160 milhões de telefones celulares em operação. Esses aparelhos tão populares utilizam a radiação na frequência das micro-ondas para enviar e receber as informações das chamadas telefônicas.

a) A empresa Darkness de telefonia opera a uma frequência de 850 MHz. Calcule o comprimento de onda λ utilizado pela operadora de telefonia, sabendo que as ondas eletromagnéticas se propagam com a velocidade da luz (c = 3,0 × 108 m/s).

b) Considere um aparelho celular que emite 1 W de potência quando em funcionamento. Um grupo de pesquisadores deseja estudar o quanto esse aparelho celular provoca de aquecimento na cabeça dos seus usuários. Para tanto, realizam uma simulação num laboratório: enchem uma bexiga de festa, de massa desprezível, com um dado líquido, tal que o conjunto (bexiga+líquido) tenha massa de 2 kg. Em seguida, ligam o telefone celular, encostado no conjunto, pelo tempo total de 9 minutos. Faça uma estimativa da elevação da temperatura do conjunto, após esse intervalo de tempo, considerando que a potência emitida pelo aparelho celular seja absorvida pelo conjunto.

Dado: O calor específico do líquido utilizado na simulação é de 3,6 J/(g · °C).

Gab:

a) ∴ λ ≈ 0,35m; b) ∴ Δθ = 0,075°C

Questão 08 - (UFF RJ)

Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo.

Marque a opção que descreve o que acontece a seguir.

a) A bola de metal esfria mais rápido e

derrete mais gelo.



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b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete menos gelo.

c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete menos gelo.

d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas derretem a mesma quantidade de gelo.

e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e derretem a mesma quantidade de gelo.

Gab: C TEXTO: 1

Nesta prova, quando necessário, adote:

• Calor específico da água: c = 1,00 cal / g ºC.

• Valor da aceleração da gravidade: g = 10m/s2.

• O atrito e a resistência do ar podem ser desconsiderados.

• 1 litro de água equivale a 1.000 gramas.

Questão 09 - (UFTM)

Se o leite em um copo está muito quente, é uma prática comum derramá-lo para outro copo e deste para o primeiro, em uma sucessão de movimentos semelhantes, que fazem o leite ficar mais frio, sobretudo devido às trocas de calor com o ar. Se pudéssemos garantir que não houvesse trocas de calor com o meio e com os copos, realizando o mesmo procedimento com 200 mL de água, inicialmente a 20,0 ºC, passando de um copo para outro, distantes verticalmente a 0,5 m, numa sucessão de movimentos tal qual os realizados com o leite, a temperatura da água aumentaria para 20,1 ºC, após um número de trocas de um copo a outro, mais próximo de Dados: densidade da água = 1 g/mL aceleração da gravidade = 10 m/s2

calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) 1 cal = 4 J

a) 100. b) 80. c) 60. d) 50. e) 40.

Gab: B TEXTO: 2

Esta prova aborda fenômenos físicos em situações do cotidiano, em experimentos científicos e em avanços tecnológicos da humanidade. Em algumas questões, como as que tratam de Física Moderna, as fórmulas necessárias para a resolução da questão foram fornecidas no enunciado. Quando necessário use g = 10 m/s2 para a aceleração da gravidade na superfície da Terra e π = 3.

Questão 10 - (UNICAMP SP)

Em determinados meses do ano observa-se significativo aumento do número de estrelas cadentes em certas regiões do céu, número que chega a ser da ordem de uma centena de estrelas cadentes por hora. Esse fenômeno é chamado de chuva de meteoros ou chuva de estrelas cadentes, e as mais importantes são as chuvas de Perseidas e de Leônidas. Isso ocorre quando a Terra cruza a órbita de algum cometa que deixou uma nuvem de partículas no seu caminho. Na sua maioria, essas partículas são pequenas como grãos de poeira, e, ao penetrarem na atmosfera da Terra, são aquecidas pelo atrito com o ar e produzem os rastros de luz observados.

a) Uma partícula entra na atmosfera

terrestre e é completamente freada pela força de atrito com o ar após se deslocar por uma distância de 1 ,5 km . Se sua energia cinética inicial é



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igual a Ec = 4,5 × 104 J, qual é o módulo da força de atrito média? Despreze o trabalho do peso nesse deslocamento.

b) Considere que uma partícula de massa m = 0,1 g sofre um aumento de temperatura de Δθ = 2400 ºC após entrar na atmosfera. Calcule a quantidade de calor necessária para produzir essa elevação de temperatura se o calor específico do material que compõe a partícula é

.

Gab:

a) 30N b) 216 J

Questão 11 - (UEPB)

Um forno de microondas produz ondas eletromagnéticas de frequência aproximadamente a 2500 MHz (2,5 × 109 Hz) que é gerada por um magnétron e irradiada por um ventilador de metal, que fica localizado na parte superior do aparelho, para o interior do mesmo. Através do processo de ressonância, as moléculas de água existentes nos alimentos absorvem essas ondas, as quais fazem aumentar a agitação das mesmas, provocando assim o aquecimento dos alimentos de fora para dentro. Veja o esquema abaixo.

Fonte: www.brasilescola.com/fisica/forno-

microondas.htm (com adaptações)

Acerca do assunto tratado no texto, resolva a seguinte situação problema: Em um forno de microondas é colocado meio litro de água (500 g) a uma temperatura de 30 °C. Suponha que as microondas produzem 10.000 cal/min na água e despreze a capacidade térmica do copo. Sabendo-se que o calor específico da água é de 1,0 cal/g °C, o tempo necessário para aquecer meio litro de água, em minutos, a uma temperatura de 80 °C, é

a) 4,0. b) 2,5. c) 6,0. d) 8,0. e) 5,0.

Gab: B Questão 12 - (UFG GO)

Uma sala de aula de 200 m2 e 3m de altura acomoda 60 pessoas, que iniciam as atividades pela manhã a uma temperatura de 25 ºC. A taxa de dissipação de calor produzida por um ser humano adulto sentado é, em média, 120 W. Para que o corpo humano permaneça à temperatura de 37 ºC é adequado que o ambiente seja mantido a 25 ºC, assim a dissipação do calor por irradiação compensa a produção de calor do corpo. A capacidade térmica por unidade de volume do ar é 1300J/m3 ºC. Considerando o exposto, e tratando a sala de aula como um sistema termicamente isolado, calcule:

a) a potência, em watts, do aparelho de

ar-condicionado necessário para manter a sala a 25 ºC;

b) o intervalo de tempo, em minutos, para a sala atingir 37 ºC, na ausência do equipamento de ar-condicionado.

Gab:

a) 7200 W b) Δt ≈ 21,7 minutos.



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TEXTO: 3 OBSERVAÇÃO: Nas questões em que for necessário, adote para g, aceleração da gravidade na superfície da Terra, o valor de 10 m/s2; para a massa específica (densidade) da água, o valor de ; para o calor específico da água, o valor de

; para uma caloria, o valor de 4 joules. Questão 13- (UFG GO)

A passagem da água da fase líquida para a fase gasosa (vapor) acontece quando as moléculas na superfície do líquido adquirem, devido á agitação térmica, energia cinética suficiente para escapar das forças atrativas que as mantêm ligadas ás demais moléculas do líquido. Uma maneira de aumentar a taxa de evaporação da água consiste no aumento da temperatura do líquido, já que, dessa forma, mais e mais moléculas adquirirão energia cinética suficiente para escapar através de sua superfície. Na temperatura de ebulição da água, as bolhas formadas no interior do líquido sobem até a superfície, liberando para a atmosfera moléculas de água na forma de vapor. A pressão no interior dessas bolhas é maior que a pressão atmosférica externa. Sabendo-se que, no nível do mar, a água entra em ebulição a 100 ºC, pode-se afirmar que: 01. nas altitudes mais elevadas, como a

pressão atmosférica é menor do que no nível do mar, a água entra em ebulição a uma temperatura maior do que 100 ºC.

02. uma panela de pressão, no nível do mar, é usada para acelerar o cozimento de alimentos, pois a água em seu interior entra em ebulição a uma temperatura maior do que 100 ºC.

03. quanto maior a área da superfície do líquido, maior a velocidade de

evaporação, uma vez que as moléculas do líquido escapam através dela.

04. se o calor de vaporização da água no nível do mar é de 540 cal/g, então a quantidade de calor necessária para vaporizar 0,5 kg de água no nível do mar é de 1,08 x 106 cal.

Gab: ECCE Questão 14 - (UnB DF)

Na situação ilustrada na pintura de Siberechsts (figura I), considere o calor específico da água igual a 1cal/gºC e a capacidade da moringa igual a 4 kg de água. Suponha ainda que o lago tenha fundo plano e horizontal e que, na horizontal, a jovem e a moringa movem-se com velocidade constante. Com relação a essa situação e àquela ilustrada na figura II, julgue os itens a seguir.

Figura I – Siberechsts. Mulher transportando

água de um lago me moringa.

01. Na gravura de Siberechsts, desprezando-se as forças dissipativas



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e estando vazia a moringa, o trabalho realizado pela jovem sobre a moringa ao caminhar 2 m será nulo.

02. Supondo que a moringa na situação da figura I contenha água em seu interior até a metade de sua capacidade e que essa água, ao ser agitada pelo caminhar da jovem, tenha sua temperatura aumentada em 0,1 ºC, então o trabalho realizado sobre o sistema moringa-água será menor que 200 cal.

03. Sabendo que a gravura de Debret mostrada na figura II retrata um grupo de escravos descendo uma ladeira, então, nessa situação, o trabalho realizado no transporte das sacas é diferente de zero.

04. Considerando que a gravura de Debret (figura II) representa uma cena que ocorreu no período da tarde, então o fundo da cena está na direção do sul geográfico.

Gab: CECE Questão 15 - (FUVEST SP)

Uma caixa d’água C, com capacidade de 100 litros, é alimentada, através do registro R1, com água fria a 15°C, tendo uma vazão regulada para manter sempre constante o nível de água na caixa. Uma bomba B retira 3 l/min de água da caixa e os faz passar por um aquecedor elétrico A (inicialmente desligado). Ao ligar-se o aquecedor, a água é fornecida, à razão de 2 l/min, através do registro R2 para uso externo, enquanto o restante da água aquecida retorna à caixa para não desperdiçar energia. No momento em que o aquecedor, que fornece uma potência constante, começa a funcionar, a água, que entra nele a 15°C, sai a 25°C. A partir desse momento, a temperatura da água na caixa passa então a aumentar, estabilizando-se depois de algumas horas. Desprezando perdas térmicas, determine, após o sistema passar a ter temperaturas

estáveis na caixa e na saída para o usuário externo:

a) A quantidade de calor Q, em J, fornecida a cada minuto pelo aquecedor.

b) A temperatura final T2, em °C, da água que sai pelo registro R2 para uso externo.

c) A temperatura final TC, em °C, da água na caixa.

Gab:

a) Q = 1,2 ⋅ 105 J b) T2 = 30 ºC c) TC = 20 ºC

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