colégio de aplicação dr. alfredo josé balbi prof....

Colégio de aplicação Dr. Alfredo José Balbi prof. Thomaz Barone

Lista de exercícios – calorimetria

1. (Ufg 2014) Considere uma gota de água de 2,0 mm de diâmetro que, após infiltrar-se no solo, tenha sido

completamente absorvida pelas raízes de uma planta e voltado à atmosfera, no processo de transpiração, em um local

cuja temperatura ambiente é de 20 C. Nesse contexto, qual foi o caminho percorrido por essa gota na planta a

partir da raiz até a atmosfera e qual foi a energia necessária para sua evaporação completa, sabendo que o calor

latente de evaporação da água a 20 C é de 2,45 MJ / kg?

Dados: 3,0π

3águad 1,0 g / cm

a) Mesófilo, xilema e estômatos; 39,8 10 J

b) Xilema, mesófilo e estômatos; 39,8 10 J

c) Mesófilo, xilema e estômatos; 9,8 J d) Xilema, mesófilo e estômatos; 9,8 J e) Xilema, estômatos e mesófilo; 78,4 J

2. (Uerj 2017) Analise o gráfico a seguir, que indica a variação da capacidade térmica de um corpo (C) em função da

temperatura ( ).θ

A quantidade de calor absorvida pelo material até a temperatura de 50 C, em calorias, é igual a:

a) 500 b) 1500 c) 2000 d) 2200 3. (Unicamp 2016) O Parque Güell em Barcelona é um dos mais impressionantes parques públicos do mundo e representa uma das obras mais marcantes do arquiteto Antoni Gaudí. Em sua obra, Gaudí utilizou um número imenso de azulejos coloridos.

a) Considere que, no Parque Güell, existe um número 6N 2 10 de azulejos cujas faces estão perfeitamente

perpendiculares à direção da radiação solar quando o sol está a pino na cidade de Barcelona. Nessa situação, a

intensidade da radiação solar no local é 2I 1200 W m . Estime a área de um azulejo tipicamente presente em

casas e, a partir da área total dos N azulejos, calcule a energia solar que incide sobre esses azulejos durante um

tempo t 60 s.

b) Uma das esculturas mais emblemáticas do parque Güell tem a forma de um réptil multicolorido conhecido como El

Drac, que se converteu em um dos símbolos da cidade de Barcelona. Considere que a escultura absorva, em um dia



ensolarado, uma quantidade de calor Q 3500 kJ. Considerando que a massa da escultura é m 500 kg e seu

calor específico é c 700 J (kg K), calcule a variação de temperatura sofrida pela escultura, desprezando as

perdas de calor para o ambiente. 4. (Uerj 2016) Um trem com massa de 100 toneladas e velocidade de 72 km h , é freado até parar. O trabalho

realizado pelo trem, até atingir o repouso, produz energia suficiente para evaporar completamente uma massa x de água.

Sendo a temperatura inicial da água igual a 20 C, calcule, em kg, o valor de x.

5. (Pucsp 2016) Com a finalidade de aproveitar os recursos naturais, o proprietário de um sítio instalou uma roda d'água conectada a um gerador elétrico com o objetivo de produzir eletricidade que será utilizada no aquecimento de

100 litros de água para usos diversos e que sofrerão uma variação de temperatura de 90 F. A roda d'água instalada

possui uma eficiência de 20% e será movimentada por 300 litros de água por segundo que despencam em queda

livre de uma altura de 4 metros. Para se obter a variação de temperatura desejada serão necessárias, em horas, aproximadamente,

Considere:

densidade da água 3 31 10 kg / m

aceleração da gravidade 210 m / s

calor específico da água 4,2 kJ / kg K

a) 1,8 b) 2,4 c) 4,4 d) 8,8 6. (Pucpr 2016) Uma forma de gelo com água a 25 C é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O

freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a 18 C.

As etapas do processo de trocas de calor e de mudança de estado da substância água podem ser identificadas num gráfico da temperatura X quantidade de calor cedida. Qual dos gráficos a seguir mostra, corretamente (sem considerar a escala), as etapas de mudança de fase da água e de seu resfriamento para uma atmosfera?



a)

b)

c)

d)

e) 7. (Uel 2016) Em uma chaleira, são colocados 2 litros de água para ferver. A chaleira, que tem um dispositivo que apita quando a água atinge o ponto de ebulição, começa a apitar após 5 minutos.

Sabendo que o calor específico da água é cal

1g C

e que a densidade específica da água é 3

kg1000 ,

m responda aos



itens a seguir.

a) O fogo forneceu 150000 cal para a água até a chaleira começar a apitar.

Assumindo que todo o calor cedido pelo fogo foi absorvido pela água, calcule a temperatura inicial da água.

b) Calcule a taxa de variação da temperatura da água no tempo T

.t

8. (G1 - ifsul 2016) Dentro de um calorímetro que contém 4 litros de água a 15 C, colocam-se 600 g de gelo a

0 C e deixa-se atingir o equilíbrio térmico. Considerando que o calor específico da água é 1cal g C, o calor latente

de fusão do gelo é 80 cal g e a massa específica da água, 1kg L; a temperatura aproximada do equilíbrio térmico

será a) 2,6 C

b) 2,6 C c) 3 C d) 3 C

9. (G1 - ifce 2016) Um jovem, ao ser aprovado para estudar no IFCE, resolve fazer um churrasco e convidar seus amigos e familiares para um almoço. Ao colocar as latinhas de refrigerante no congelador, tem receio de que as mesmas congelem e por isso deseja estimar o tempo para que atinjam a temperatura desejada.

O tempo para que 10 latinhas de 330 mL de refrigerante sofram uma variação na temperatura de 25 C é,

aproximadamente, Dados:

- Fluxo de Calor total entre as latinhas de refrigerante e o congelador 150 cal min

- Densidade do refrigerante 1g mL

- Calor específico do refrigerante 1cal g C

a) 2h02min. b) 8h30min. c) 6h15min. d) 3h05min. e) 9h10min. 10. (G1 - ifpe 2016) No preparo de uma xícara de café com leite, são utilizados 150 mL (150g) de café, a 80 C, e

50 mL (50g) de leite, a 20 C. Qual será a temperatura do café com leite? (Utilize o calor específico do café = calor

específico do leite 1,0 cal/ g C)

a) 65 C b) 50 C c) 75 C

d) 80 C e) 90 C

11. (Uerj 2016) Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor.

A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores específicos é igual a 6

.5

A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a:



a) 250 b) 300 c) 500 d) 600 12. (Ufjf-pism 2 2016) Um estudante de física, durante seu intervalo de aula, preparou um café. Durante o processo,

ele utilizou uma vasilha com 1 litro de água cuja temperatura inicial era de 21,0 C. Ele lembrou ter ouvido, em suas

aulas de Laboratório de Física II, que a água em Juiz de Fora entra em ebulição a 98,3 C. Sabendo que os processos

ocorreram à pressão constante, o estudante chega às seguintes conclusões:

I. Levando-se em conta que o calor especifico da água é aproximadamente 1,0 cal g C, a energia gasta para aquecer

a água até a ebulição foi de 77.300,0 cal;

II. Após a água entrar em ebulição, a temperatura da água aumentou até 118,3 C;

III. Durante o processo de aquecimento, o volume de água não se alterou; IV. A quantidade de calor fornecida para água, após ela entrar em ebulição, é gasta na transformação de fase

líquido/gás. Marque a alternativa CORRETA. a) I e IV estão corretas. b) IV e II estão incorretas. c) II e III estão corretas. d) III e IV estão corretas. e) Todas as afirmativas estão corretas. 13. (G1 - ifce 2016) Um corpo de massa igual a 80 gramas é aquecido e sua temperatura sobe de 10 C para

40 C. O valor do calor específico da substância que constitui o corpo é de 0,4 cal g C.

Nestas condições, a quantidade de calor que o corpo recebe, em kcal, vale a) 1,8. b) 1,6. c) 1,4. d) 1,2. e) 2,0. 14. (Uerj 2016) Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule determinou o equivalente mecânico do

calor: 1cal 4,2 J. Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de paletas giram imersas em água no

interior de um recipiente. Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia cinética das paletas em movimento, totalmente convertida

em calor, provoque uma variação de 2 C em 100 g de água. Essa quantidade de calor corresponde à variação da

energia cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda livre de uma determinada altura.

Essa altura, em metros, corresponde a: a) 2,1 b) 4,2 c) 8,4 d) 16,8 15. (G1 - ifsul 2016) Uma chapa de alumínio retangular tem massa de 200 g e uma temperatura inicial de 15 C.

Sendo o coeficiente de dilatação linear do alumínio igual a 6 122 10 C , calor específico do alumínio igual a



0,217 cal g C, largura da chapa 50 cm e altura de 20 cm; se essa barra for aquecida até a temperatura de 60 C,

a sua superfície final e a quantidade de calor necessário para que esse aumento ocorra serão, respectivamente,

a) 21.001,980 cm e 19.500 cal

b) 21.002,640 cm e 2.640 cal

c) 21.001,980 cm e 1.950 cal

d) 21.002,640 cm e 26.400 cal

16. (Pucrs 2016) Para responder à questão, considere as informações e as afirmativas sobre o gráfico a seguir.

O gráfico abaixo representa a temperatura (T) em função da quantidade de calor fornecido (Q) para uma substância

pura de massa igual a 0,1kg, inicialmente na fase sólida (trecho a).

I. A temperatura de fusão da substância é 30 C.

II. O calor específico da substância na fase sólida é constante. III. Ao longo de todo o trecho b, a substância encontra- se integralmente na fase líquida. Está/Estão correta(s) apenas a(s) afirmativa(s) a) I. b) II. c) I e II. d) I e III. e) II e III. 17. (Ulbra 2016) Um gaúcho deseja tomar chimarrão, para isso vai aquecer 0,8 litros de água de 20 C até 70 C.

Ele conta com um aquecedor de imersão que deverá ser ligado a uma fonte de 120 V. Sendo a resistência do mesmo

de 30 Ω (OHMS), quanto tempo ele deverá esperar, em segundos, até que água atinja a temperatura desejada?

Considere: 3água água

calc 1 ;1cal 4,2J; d 1g / cm

g c

a) 160 b) 350 c) 380 d) 420 e) 480 18. (Puccamp 2016) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 250 J de



energia mecânica e agita, por meio de pás, 100 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50 C de sua

temperatura.

Adote 1cal 4,2 J e águac 1,0 cal g C.

O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de a) 16%. b) 19%. c) 67%. d) 81%. e) 84%. 19. (Puccamp 2016) A perspectiva de uma pessoa que usa uma garrafa térmica é que esta não permita a troca de calor entre o meio ambiente e o conteúdo da garrafa. Porém, em geral, a própria garrafa já provoca uma pequena redução de temperatura quando nela colocamos um líquido quente, como o café, uma vez que a capacidade térmica da garrafa não é nula.

Numa garrafa térmica que está a 24 C colocam-se 500 g de água (c 1cal g C) a 90 C e, após algum tempo,

nota- se que a temperatura estabiliza em 84 C. Pode-se afirmar que a capacidade térmica desta garrafa é, em

cal C,

a) 5. b) 6. c) 50. d) 60. e) 100. 20. (Unifesp 2016) Considere um copo de vidro de 100 g contendo 200 g de água líquida, ambos inicialmente em

equilíbrio térmico a 20 C. O copo e a água líquida foram aquecidos até o equilíbrio térmico a 50 C, em um

ambiente fechado por paredes adiabáticas, com vapor de água inicialmente a 120 C. A tabela apresenta valores de

calores específicos e latentes das substâncias envolvidas nesse processo.

calor específico da água líquida 1cal / (g C)

calor específico do vapor de água 0,5 cal / (g C)

calor específico do vidro 0,2 cal / (g C)

calor latente de liquefação do vapor de água 540 cal / g

Considerando os dados da tabela, que todo o calor perdido pelo vapor tenha sido absorvido pelo copo com água líquida e que o processo tenha ocorrido ao nível do mar, calcule:

a) a quantidade de calor, em cal, necessária para elevar a temperatura do copo com água líquida de 20 C para

50 C.

b) a massa de vapor de água, em gramas, necessária para elevar a temperatura do copo com água líquida até atingir o

equilíbrio térmico a 50 C.

21. (Ufrgs 2016) Considere dois motores, um refrigerado com água e outro com ar. No processo de resfriamento

desses motores, os calores trocados com as respectivas substâncias refrigeradoras, agQ e arQ , são iguais. Considere

ainda que os dois motores sofrem a mesma variação de temperatura no processo de resfriamento, e que o quociente

entre os calores específicos da água, agc , e do ar, arc , são tais que ag arc c 4.



Qual é o valor do quociente ag arm m entre as massas de ar, arm , e de água, agm , utilizadas no processo?

a) 1 .4

b) 1 .2

c) 1. d) 2. e) 4. 22. (G1 - ifsul 2016) Um corpo de massa m está em movimento de translação em relação a uma superfície horizontal

animado com velocidade de módulo igual a 144,75 m s. Considerando que toda a sua energia cinética seja utilizada

para aquecer uma porção de mesma massa m de água inicialmente a 37,80 C, qual é, aproximadamente, a variação

de temperatura, em Fahrenheit, que essa porção de água será submetida? (Utilize: Calor específico da água no estado

líquido igual a 4.190,00 J kg K).

a) 1,39 F b) 2,50 F c) 4,50 F d) 5,00 F

23. (Uece 2016) A humanidade acaba de chegar ao meio de um caminho considerado sem volta rumo a mudanças climáticas de grande impacto. Um estudo divulgado pelo serviço britânico de meteorologia mostrou que a

temperatura média da Terra teve um aumento de 1,02 C no período correspondente ao início da Revolução

Industrial até os dias atuais. É a primeira vez que se registra um aumento dessa magnitude e se rompe o patamar de

1 C, um flagrante desequilíbrio no planeta. A fonte predominante e a forma de transmissão dessa energia térmica

que chega à Terra é, respectivamente, a) o sol e a convecção. b) o efeito estufa e a irradiação. c) o efeito estufa e a circulação atmosférica. d) o sol e a irradiação. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Se necessário, use

aceleração da gravidade: 2g 10 m / s

densidade da água: d 1,0 kg / L

calor específico da água: c 1cal / g C

1cal 4 J

constante eletrostática: 9 2 2k 9 ,0 10 N m / C

constante universal dos gases perfeitos: R 8 J/ mol K

24. (Epcar (Afa) 2016) Deseja-se aquecer 1,0 L de água que se encontra inicialmente à temperatura de 10 C até

atingir 100 C sob pressão normal, em 10 minutos, usando a queima de carvão. Sabendo-se que o calor de

combustão do carvão é 6000 cal / g e que 80% do calor liberado na sua queima é perdido para o ambiente, a

massa mínima de carvão consumida no processo, em gramas, e a potência média emitida pelo braseiro, em watts, são a) 15 ; 600 b) 75 ; 600 c) 15 ; 3000



d) 75 ; 3000

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Considere as especificações técnicas de um chuveiro elétrico e responda à(s) questão(ões).

Chuveiro elétrico – Especificações Técnicas

Tensão: 220 V – Vazão: 3 L / min

Potência (W) Seletor de temperatura

2.700 Verão

5.400 Inverno

25. (Fatec 2016) Se toda a energia elétrica no chuveiro for transformada integralmente em energia térmica, quando o chuveiro for usado na posição inverno, o aumento da temperatura da água na vazão especificada, em graus Celsius, será de Lembre-se de que:

- calor específico da água: 4.200 J / kg C

- densidade da água: 1kg/ L

- 1W 1J/ s

a) 25,7. b) 19,4. c) 12,9. d) 7,7. e) 6,5. 26. (Unifesp 2015) Em um copo, de capacidade térmica 60cal / C e a 20 C, foram colocados 300mL de suco de

laranja, também a 20 C, e, em seguida, dois cubos de gelo com 20g cada um, a 0 C.

Considere os dados da tabela:

densidade da água líquida 31g / cm

densidade do suco 31g / cm

calor específico da água líquida 1cal / (g C)

calor específico do suco 1cal / (g C)

calor latente de fusão do gelo 80cal/ g

Sabendo que a pressão atmosférica local é igual a 1atm, desprezando perdas de calor para o ambiente e

considerando que o suco não transbordou quando os cubos de gelo foram colocados, calcule:

a) o volume submerso de cada cubo de gelo, em 3cm , quando flutua em equilíbrio assim que é colocado no copo.

b) a temperatura da bebida, em C, no instante em que o sistema entra em equilíbrio térmico.

27. (Pucrj 2015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 C a 70 C.

O calor específico deste metal, em cal / g C, vale:

a) 10,6



b) 23,5 c) 0,094 d) 0,047 e) 0,067 28. (Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência é constante e igual a

100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa fonte. Observe no gráfico a variação de

temperatura do corpo em função do tempo.

Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 29. (Upf 2015) Recentemente, empresas desportivas lançaram o cooling vest, que é um colete utilizado para resfriar o corpo e amenizar os efeitos do calor. Com relação à temperatura do corpo humano, imagine e admita que ele

transfira calor para o meio ambiente na razão de 2,0 kca / min. Considerando o

calor específico da água 1,0 kca / (kg C), se esse calor pudesse ser aproveitado integralmente para aquecer

determinada porção de água, de 20 C a 80 C, a quantidade de calor transferida em 1hora poderia aquecer uma

massa de água, em kg, equivalente a: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 30. (Uern 2015) Um corpo constituído por uma substância cujo calor específico é 0,25cal / g C absorve de uma

fonte térmica 5.000cal. Sendo a massa do corpo igual a 125g e sua temperatura inicial de 20 C, então a

temperatura atingida no final do aquecimento é de a) 150 C. b) 180 C. c) 210 C. d) 250 C. 31. (G1 - cps 2015) Um dos materiais que a artista Gilda Prieto utiliza em suas esculturas é o bronze. Esse material

apresenta calor específico igual a 0,09cal / (g C), ou seja, necessita-se de 0,09 caloria para se elevar em 1 grau

Celsius a temperatura de 1 grama de bronze.



Se a escultura apresentada tem uma massa de bronze igual a 300g, para que essa massa aumente sua temperatura

em 2 C, deve absorver uma quantidade de calor, em calorias, igual a

a) 6. b) 18. c) 27. d) 36. e) 54. 32. (Pucrj 2015) Um recipiente isolado contém uma massa de gelo, M 5,0 kg, à temperatura T 0 C. Por dentro

desse recipiente, passa uma serpentina pela qual circula um líquido que se quer resfriar. Suponha que o líquido entre

na serpentina a 28 C e saia dela a 8 C. O calor específico do líquido é Lc 1,0 cal / (g C), o calor latente de fusão

do gelo é FL 80 cal g e o calor específico da água é AC 1,0 cal (g C).

a) Qual é a quantidade total de líquido (emkg) que deve passar pela serpentina de modo a derreter todo o gelo?

b) Quanto de calor (emkcal) a água (formada pelo gelo derretido) ainda pode retirar − do líquido que passa pela

serpentina − até que a temperatura de saída se iguale à de entrada (28 C)?

33. (Uema 2015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor

elétrico para colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que essa

massa estava a 20 C e que levou 5 min para ferver a 100 C.

Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o calor

específico igual a 1cal / g C, calcule o tempo total programado pelo técnico para o desligamento do temporizador do

aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação. 34. (G1 - ifsul 2015) Em um calorímetro ideal, misturam-se certa massa de água no estado sólido (gelo) com certa

massa de água no estado líquido. O comportamento da Temperatura (T) em função da Quantidade de Calor (Q)

para essa mistura é representado no gráfico.



Sabe-se que esse conjunto está submetido à pressão de 1atm, que o Calor Latente de Fusão do gelo é

FL 80 cal g, que o Calor Específico do Gelo é geloc 0,5 cal g C e que o Calor Específico da água é

águac 1cal g C.

Qual é a massa de água no estado líquido no equilíbrio térmico? a) 50 g

b) 100 g c) 150 g d) 300 g

35. (Pucrj 2015) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 25 C e 0,15 L de água a 15 C. Desprezando

trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em °C, é: a) 15 b) 19 c) 21 d) 25 e) 40 36. (Epcar (Afa) 2015) Em um recipiente termicamente isolado de capacidade térmica 40,0 cal / C e na

temperatura de 25 C são colocados 600 g de gelo a 10 C e uma garrafa parcialmente cheia, contendo 2,0L de

refrigerante também a 25 C, sob pressão normal.

Considerando a garrafa com capacidade térmica desprezível e o refrigerante com características semelhantes às da

água, isto é, calor específico na fase líquida 1,0 cal / g C e na fase sólida 0,5 cal / g C, calor latente de fusão de

80,0 cal / g bem como densidade absoluta na fase líquida igual a 31,0 g / cm , a temperatura final de equilíbrio

térmico do sistema, em C, é

a) 3,0 b) 0,0 c) 3,0 d) 5,0 37. (Enem 2015) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.



Tipo de selo Variação de temperatura

A menor que 10%

B entre 10% e 25%

C entre 25% e 40%

D entre 40% e 55%

E maior que 55%

Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas

amostras de água, uma a 10 C e outra a 40 C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água

quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16 C.

Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada? a) A b) B c) C d) D e) E 38. (Uerj 2015) Para aquecer 1L de água contida em um recipiente de capacidade térmica desprezível, uma pessoa

dispõe de um aquecedor elétrico portátil cuja potência é de 1273W, quando submetido a uma tensão de 127V.

Considere que toda a energia fornecida pelo aquecedor seja absorvida pela água. Nessas condições, calcule a variação de temperatura da água após o aquecedor inserido no recipiente ficar ligado por

165 segundos. 39. (Pucrj 2015) Podemos estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere

que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma

massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico da pele é igual ao da água: c 1,0 cal / (g C). Considere o

calor latente de vaporização da água como vL 1000 / 3 333 cal / g. Calcule o aumento de temperatura da pele

devido à absorção do calor, em C. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) 333

40. (Fgvrj 2015) A água de uma piscina tem 2,0 m de profundidade e superfície com 250 m de área. Se a

intensidade da radiação solar absorvida pela água dessa piscina for igual a 2800 W/m , o tempo, em horas, para a

temperatura da água subir de 20 C para 22 C, por efeito dessa radiação, será, aproximadamente, igual a

Dados:

3densidade da água 1g / cm ;

calor específico da água 1cal / g C;

1cal 4 J.

a) 0,8 b) 5,6 c) 1,6



d) 11 e) 2,8



Gabarito: Resposta da questão 1: [D] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Biologia] A água absorvida pelas raízes das plantas é conduzida, sucessivamente, aos vasos lenhosos do xilema, ao mesófilo das folhas e o excedente é eliminado na forma de vapor pelos estômatos situados na epiderme foliar. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] Dados:

3 3 3 3 6águad 1 g / cm 10 kg/m ; D 2mm R 1mm 10 m; 3; L 2,45 MJ/ kg 2,45 10 J/kg.π

3

3 3 3 6água gota água

4Q m L d V L d R L Q 10 4 10 2,45 10 4 2,45

3

Q 9,8J.

π

Resposta da questão 2: [B]

m

m

40 20C 30cal/°C.

2

Q C 30 50 Q 1500cal.Δθ

Resposta da questão 3:

a) Dados: 6 2N 2 10 ; I 1 200 W m ; t 60 s.

Considerando um azulejo quadrado de 15 cm de lado, a área é: 2 4 2A 15 15 225cm 225 10 m .

1 4 91 1

PI P INA

NA E INA t 1200 225 10 60 E 3,24 10 J.

E Pt

b) Dados: 3Q 3500 kJ 3500 10 J; m 500 kg; c 700 J (kg K).

Aplicando a equação do calor sensível: 3Q 3500 10

Q mc T T T 10K 10 C.mc 500 700

Δ Δ Δ


Primeiramente faz-se necessário calcular a energia dissipada durante o período de frenagem. Pelo o princípio da

conservação de energia, a energia dissipada dE tem que ser igual ao valor da energia cinética inicial cE . Assim,

pode-se escrever:



2

d c

23

d

5d

m vE E

2

72100 10

3,6E

2

E 200 10 J

Para que seja possível evaporar completamente uma massa x de água, a quantidade de calor a ser fornecido é dada

por:

t 1 2

t

Q Q Q m c m L

Q m c L

Δθ

Δθ

Assim, igualando a equação do calor a ser fornecido à água com o valor da energia dissipada, pode-se encontrar a

quantidade de massa de água existente. Note que o valor da energia previamente calculado deve estar em calorias

(cal). Assim, pode-se escrever:

5

6

200 10 0,24 cal m c L

4,8 10m

1 80 540

m 7,74 kg

Δθ

Resposta da questão 5: [B] A energia útil gerada equivale a 20% da energia potencial gravitacional:

ger pg gerE 0,2 E E 0,2 mgh

Considerando que a massa de 300 L de água equivale a 300kg:

2ger gerE 0,2 300 kg 10 m/ s 4 m E 2400 J

Essa energia está relacionada com o tempo de 1 segundo, portanto a potência gerada é:

gerP 2400 W

Assim, para aquecer a água, devemos igualar a expressão da energia gerada com o calor sensível, cuidando para alterar a variação de temperatura dada em graus Fahrenheit para Celsius:

ger gerger

m c TE Q P t m c T t

P

ΔΔ Δ Δ

Conversão de temperatura:

C FC F C

T T 5T T T 50 C 50 K

5 9 9

Δ ΔΔ Δ Δ

Substituindo os valores, calculamos o tempo necessário:

3100 kg 4,2 10 J / kg K 50 Kt 8750 s t 2,43 h

2400 WΔ Δ



Resposta da questão 6: [A] Para esta questão, vale lembrar que existem dois tipos de calor: sensível e latente. O calor sensível é aquele fornecido a algum material de forma a variar a sua temperatura. Já o calor latente é o calor fornecido a um material para que ocorra a mudança de estado físico do material. Durante esta etapa de mudança de estado, não há variação de temperatura. Diante disto, fica fácil observar que a resposta correta é o gráfico mostrado na alternativa [A].

No primeiro momento, a água é resfriada até uma temperatura de 0 C. Após isto, passa pela etapa de solidificação,

onde a temperatura permanece constante. Por fim, o gelo continua a resfriar até que atinja o equilíbrio térmico com a

temperatura do freezer ( 18 C).


a) Usando-se a expressão do calor sensível, Q m c TΔ podemos calcular a temperatura inicial iT, sabendo-se

que f iT T TΔ :

Assim,

iQ m c T 150.000 cal 2.000 kg 1cal / g C 100 C TΔ

Isolando-se a temperatura inicial, tem-se:

iT 25 C.

b) A taxa de variação da temperatura da água no tempo T

,t

será:

T 75 C T15 C / min

t 5 min t

Resposta da questão 8: [A]

Como a densidade da água é 1kg L, o volume de 4 litros de água corresponde a uma massa de 4kg ou 4.000g.

1 2água fusão água 1 água 2 F 2 águaQ Q Q 0 m c T 15 m L m c T 0 0

4000 1 T 15 600 80 600 T 0 0 40T 600 480 6T 0

46T 120 T 2,6 C.

Resposta da questão 9: [E]

Q Q mc 330 10 1 25 t 550min t 9h e 10min.

t 150

ΔθΦ Δ Δ

Δ Φ Φ




café leite café leiteQ Q 0 m c m c

150 1 T 80 50 1 T 20 0 3T 240 T 20 0 4T 260

T 65 C.

Δθ Δθ

Resposta da questão 11: [C] Do enunciado, temos que:

A B

B

A

A B

C C

c 6

c 5

m m 100

Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C m c

Podemos então dizer que:

A B

A A B B

A B

B A

B

B

B B

B

A B

A

C C

m c m c

c m

c m

m5

6 m 100

5 m 500 6 m

m 500 g

Sabendo que,

m m 100

m 600 g

Como é pedido a amostra mais leve, logo a resposta é 500 g.


[I] Correta. Q mc 1000 1 98,3 21 Q 77.300cal.Δθ

[II] Incorreta. A temperatura da água aumentou até 98,3 C.

[III] Incorreta. Ao ser aquecida o volume da água aumenta. [IV] Correta. Após atingir a temperatura de ebulição, todo calor recebido é usado na mudança de fase. Resposta da questão 13: [B] Da equação do calor sensível:

Q mc 80 0,4 40 15 1.600cal Q 1,6kcal.Δθ



Resposta da questão 14: [C] De acordo com o enunciado, temos que o calor fornecido à água é igual a variação de energia cinética de um corpo de

10 kg ao cair em queda livre. Utilizando os dados fornecidos no enunciado, para calcular o calor fornecido à água.

Q m c T

Q 100 1 2

Q 200 cal

Δ

Como a energia potencial é dada em joules e sabendo que 1cal 4,2 J.

Q 200 4,2

Q 840 J

Por fim, temos que:

ipQ E

840 m g h

840h

10 10

h 8,4 m

Resposta da questão 15: [C]

Massa: m 200g

Calor específico sensível: c 0,217cal/g C

Variação de temperatura: 60 15 45 CΔθ

Área inicial: 3 20A 50 20 10 cm

Coeficiente de dilatação superficial: 6 12 44 10 Cβ α

Cálculo da superfície final (A):

3 6 20A A 1 10 1 44 10 45 A 1001,98cm .βΔθ

Cálculo da quantidade de calor (A):

Q mc 200 0,217 45 Q 1 953cal.Δθ

Resposta da questão 16: [C] Análise das afirmativas: [I] Verdadeira. O aquecimento começa no estado sólido, representado pelo trecho “a”, sendo que na primeira

mudança de inclinação da curva, temos atingido a temperatura de fusão que registra 30 C no gráfico.

[II] Verdadeira. O calor específico da substância no estado sólido pode ser calculado no trecho “a”, sendo o mesmo

constante neste intervalo, correspondendo a:

Q 1200 J Jc c c 400

m T 0,1kg 30ºC kg ºCΔ



[III] Falsa. No trecho “b” temos a mudança de fase chamada fusão, que representa a mistura dos estados físicos sólido e líquido juntos em todo o trecho, desde o aparecimento da primeira gota de líquido até a fusão do último pedaço de sólido. Resposta da questão 17: [B]

A quantidade de calor sensível Q recebida pela água é igual à Energia elétrica E.

Q E

Sabendo que o calor sensível é:

Q mc TΔ

Ainda que, a energia elétrica é: E P tΔ

Mas a potência é dada por:

22 U

P U i R iR

Substituindo e juntando na primeira equação:

2Umc T t

RΔ Δ

Portanto, o tempo para aquecer a água fica:

2

m c T Rt

U

ΔΔ

Substituindo os valores e fazendo as mudanças de unidades:

2

cal 4,2 J800 g 1 70 20 C 30

g C 1 calt t 350 s

120 V

Ω

Δ Δ

Resposta da questão 18: [E] Para calcular o rendimento deste dispositivo, é preciso descobrir quanto de energia é necessário para elevar a quantidade de água dada em 0,5 °C. Assim, Q m c T

Q 100 1 0,5

Q 50 cal

ou

Q 50 4,2

Q 210 J

Δ

Assim,



210

250

84 %

η

η

Resposta da questão 19: [C] Dados: Para a garrafa:

g0

e

100 C

84 C

θ

θ

Para a água:

a

a

a

0

e

m 500 g

c 1cal / g C

90 C

84 C

θ

θ

g a

a a a a a

g a

g a g e 0 a e 0

g a g

g g

g

C m c C 500 1 C 500 cal / g

Q Q 0

C C 0 C ( ) C ( ) 0

C (84 24) C (84 90) 0 60C 500 ( 6) 0

300060C 3000 0 C

60

C 50 cal / C

Δθ Δθ θ θ θ θ


a) A quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do copo com água é igual a soma dos calores necessários para elevar a temperatura dos dois (copo e água separadamente). Assim,

2 2T c H O c H O

T

T

T

Q Q Q m c T m c T

Q 100 0,2 30 200 1 30

Q 600 6000

Q 6600 cal

Δ Δ

b) O calor fornecido pelo vapor d’água ao copo com água é:

v 120 C 100 C L 100 C 50 C

v v

v

v

Q Q Q Q

Q m c 20 m L m c 50

Q m 0,5 20 m 540 m 1 50

Q 600m

Para o equilíbrio térmico, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas deve ser igual a zero. Assim,



T v

Q 0

Q Q 0

6600 600m 0

m 11g

A massa de vapor necessária é de 11 gramas. Resposta da questão 21: [E]

ag ar

ag ag ag ar ar ar

Q Q

m c T m c TΔ Δ

Simplificando as variações de temperatura (iguais):

ag ag ar arm c m c

Dado:

ag

ar

ag ar ar

ar ag ag

c4

c

c m m4

c m m

Resposta da questão 22: [C] Combinando as equações da energia cinética e do calor sensível:

2 2 2

2

c

Q mcm v v 144,75

m c 2,5 C.mv 2 2c 2 4190E 2

Δθ

Δθ Δθ Δθ

Mas,

F C FF

2,5 4,5 F.

9 5 9 5

Δθ Δθ ΔθΔθ

Resposta da questão 23: [D] A energia térmica que chega até o Planeta Terra é proveniente do sol e o meio de transmissão é feito através de ondas eletromagnéticas por irradiação. Resposta da questão 24: [D]

O calor necessário necQ para aquecer a água será dado pelo calor sensível:

nec

4nec

Q m c T 1000 g 1cal / g C 100 10 C

Q 9 10 cal

Δ



Como somente 20% do calor fornecido pela combustão do carvão fornQ representa o necQ :

nec forn

45

forn

Q 0,2 Q

9 10 calQ 4,5 10 cal

0,2

Logo, a massa de carvão será dada pela razão entre a quantidade total de calor emitida pela combustão e o calor de combustão por grama de carvão.

54,5 10 calm 75 g

6000 cal / g

Para o cálculo da potência, devemos transformar as unidades para o sistema internacional:

55

forn

4 J4,5 10 cal

Q 18 10 J1calP 3000 W

60 st 600 s10 min

1min

Δ


Para a vazão dada, temos: 3 L / min 3kg / min

Fica subentendido que o tempo será 1min 60s.

A energia elétrica está relacionada com a potência de acordo com a equação: E P t

E a energia térmica vem da expressão do calor sensível: Q m c TΔ

Igualando as duas equações: Q E

P t m c TΔ

Isolando a variação de temperatura e substituindo os valores:

P tT

m c

5400 J / s 60 sT T 25,7 C

3 kg 4.200 J / kg C

Δ

Δ Δ

Resposta da questão 26: a) Teremos:



Como se trata de uma situação de equilíbrio, o empuxo e o peso têm mesma intensidade.

3suco i i i

suco

m 20E P d V g m g V V 20 cm .

d 1

b) Como os sistema é termicamente isolado, o somatório dos calores trocados é nulo.

copo suco gelo água

f gelo águacopo suco

Q Q Q Q 0

C m c m L m c 0

60 20 300 1 20 40 80 40 1 0 0 20

3 60 15 300 160 2 20 200

10 °C.

Δθ Δθ Δθ

θ θ θ

θ θ θ θ

θ

Resposta da questão 27: [C] Sendo o calor sensível dado por: Q m c TΔ

O calor específico explicitado fica:

Qc

m TΔ

Calculando com os valores fornecidos:

470 cal cal

c 0,094100 g 70 C 20 C g C


Dados: m 500 g; P 100 cal/min.

Q m c T100 30P t

m c T P t c Qm T 500 50 10P Q P t

t

c 0,15 cal/g °C.

C m c 500 0,15 C 75 cal/°C.

ΔΔ

Δ ΔΔΔ

Δ



Resposta da questão 29: [B] A quantidade de calor transferida em 1 hora será:

kcal 60 minQ 2 120 kcal

min 1h

Usando a expressão para o calor sensível Q m c TΔ e explicitando m :

Q 120 kcalm m 2 kg

kcalc T1 80 20 C

kg C

Δ

Resposta da questão 30: [B] Utilizando os dados fornecidos pelo enunciado e os conhecimentos acerca de calor sensível, temos que:

f

f

f

f

Q m c T

5000 125 0,25 T 20

5000T 20

125 0,25

T 20 160

T 180 C

Δ

Resposta da questão 31: [E]

Q m c 300 0,09 2 Q 54 cal.Δθ

Resposta da questão 32: a) Neste caso o calor latente é igual ao calor sensível do líquido.

lat sensQ Q

g f liq liq liqm L m c TΔ

Isolando a massa do líquido e substituindo os valores:

g fliq

liq liq

m Lm

c TΔ

liq liq5 kg 80 cal / g

m m 20 kg1 cal / g C 28 8 C

b) O calor trocado pela água resultante do derretimento do gelo é dado pelo calor sensível.

sens

sens

sens

Q m c T

Q 5 kg 1cal / g C 28 0 C

Q 140 kcal

Δ



Resposta da questão 33: Como não foi dada a quantidade total (massa) de água, para resolução deste exercício, é preciso deixar a quantidade de calor em função da massa.

A quantidade de calor utilizada para aquecer a água de 20 C até 100 C é:

Q m c T

Q m 1 80

Q 80 m J

Δ

Ou seja, o aquecedor forneceu à água 80 m J de calor em 5 minutos. Como este processo durou 5 minutos para ser

realizado, então pode-se concluir que a cada minuto o aquecedor fornece 80

m J5 .

Baseado nisto, para a vaporização, a energia necessária para transformar em vapor 80% da massa de água existente

no sistema, tem-se que:

L v

L

L

Q m L

Q 0,8 m 540

Q 432 m J

Por uma regra de três simples: 1min 16 m J

x min 432 m J

432 mx

16 m

x 27 min

Logo, o tempo total para o procedimento será o tempo que leva para o aquecimento inicial da água mais o tempo que

leva para vaporizar 80% dela.

total

total

t 5 27

t 32 minutos

Resposta da questão 34: [C]

Seja Q o módulo da quantidade de calor trocada entre o gelo de 40 C até 0 C e a água de 80 C até 40 C.

Do gráfico, Q 4.000 cal.

Calculando as massas iniciais de água 1(m ) e gelo 2(m ) :

1 a a 1 1

2 g g 2 2

Água : Q m c 4.000 m 1 40 80 m 100 g.

Gelo : Q m c 4.000 m 0,5 0 40 m 200 g.

Δθ

Δθ

A massa de gelo que funde (m') é a que recebeu Q' 4.000 cal.

fQ' m' L 4.000 m' 80 m' 50 g.

A massa de água (m) no equilíbrio térmico é:

1m m m' 100 50 m 150 g.



Resposta da questão 35: [B] O equilíbrio térmico para um sistema isolado é dado pela somatória dos calores sendo igual a zero, pois o calor é trocado entre os dois volumes de água no sentido da maior para a menor temperatura.

Q 0

Como não há mudança de estado físico, os calores são sensíveis: Q m c TΔ

Considerando que a densidade nas amostras de água são as mesmas, podemos representar a massa de cada uma como sendo o seu volume.

1 2 1 2

1 1 2 2

Q Q 0 Q Q

m c T m c T

0,10 T 25 0,15 T 15

0,10 T 2,5 0,15T 2,25

0,25T 4,75 T 19 C

Δ Δ

Resposta da questão 36: [B] Para que o sistema esteja em equilíbrio térmico, o somatório dos calores trocados entre os corpos deve ser igual a zero:

Q 0

O calor será transferido do recipiente e da garrafa para o gelo que, primeiramente, será aquecido até a temperatura de fusão (calor sensível) e depois derretido (calor latente). Nominando os calores trocados:

1Q C TΔ É o calor trocado pelo recipiente

2 refrig água refrigQ m c TΔ É o calor trocado pela garrafa de refrigerante

3 gelo gelo geloQ m c TΔ É o calor sensível recebido pelo gelo até a temperatura de fusão

4 gelo fusãoQ m L É o calor latente devido à fusão do gelo

Considerando o derretimento de todo o gelo:

1 1 1cal

Q C T Q 40 0 25 C Q 1000 calC

Δ

2 refrig água refrig 2 2cal

Q m c T Q 2000 g 1 0 25 C Q 50000 calg C

Δ

3 gelo gelo gelo 3 3cal

Q m c T Q 600 g 0,5 0 10 C Q 3000 calg C

Δ



4 gelo fusão 4 4cal

Q m L Q 600 g 80 Q 48000 calg

Como a soma de todo o calor cedido ( 51000 cal) e todo o calor recebido (51000 cal) é igual a zero, podemos

concluir que a totalidade do gelo derrete e o sistema entra em equilíbrio térmico a 0 C. Resposta da questão 37: [D]

Dados: 1 1 2 2 f

2mmm ; T 10 C; m ; T 40 C; T 16 °C.

3 3

Desprezando a capacidade térmica da garrafa, pela equação do sistema termicamente isolado calculamos a

temperatura de equilíbrio e(T ) :

1 2água água 1 e 1 2 e 2

e e e e e

QI 0 Q Q 0 m c T T m c T T 0

2 mmc T 10 c T 40 0 T 10 2T 80 T 30 C.

3 3

O módulo da variação de temperatura é:

f eT T T 16 30 T 14 °C.Δ Δ

Calculando a variação percentual %(x ) :

% %e

T 14x 100 100 x 46,7%.

T 30

Δ


Dados: P 1.273 W; V 1 L m 1.000 g; t 165 s; c 4,2 J/g °C.Δ

Q m c TP t 1.273 165

m c T P t T Qm c 1.000 4,2P Q P t

t

T 50 °C.

ΔΔ

Δ Δ ΔΔ

Δ

Δ

Resposta da questão 39: [C] A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele.

latente sensívelQ Q

v v pm L m c TΔ



v v

p

10000,6 g cal / g

m L 3T 40 Cm c 5 g 1cal / g C

Δ

Resposta da questão 40: [B]

Dados: 2 2 3 3 3I 800 W/m ; A 50 m ; h 2 m; d 1 g/cm 10 kg/m ; 1 cal 4 J;

c 1 cal/g °C 4 J/g °C; 22 20 2 °C.Δθ

Calculando a massa de água:

5 83V A h

m d m d A h 10 50 2 10 kg m 10 g.m

A hdV

Calculando a potência absorvida:

4PI P I A 800 50 P 4 10 W.

A

Aplicando a definição de potência e a equação do calor sensível:

484

4

QP Q P t m c 10 4 2 2 10

P t m c t 2 10 s h tP 3.6004 10Q m c

t 5,6 h.

Δ ΔθΔ Δθ ΔΔ

Δθ

Δ

colégio de aplicação dr. alfredo josé balbi prof....

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