CLORIMETRIA1 (2)

CALORIMETRIA – CALOR SENSÍVEL

1. (Uel 2012) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por exemplo, um forno é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do ferro vale 0,1 cal/gºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro. Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC. a) 25 b) 250 c) 2500 d) 25000 e) 250000 2. (Unesp 2012) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível.

Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre a) 75,0 e 85,0. b) 65,0 e 74,9. c) 55,0 e 64,9. d) 45,0 e 54,9. e) 35,0 e 44,9. 3. (Uel 2011) Um martelo de massa M = 1, 2 kg, com velocidade de módulo 6, 5 m/s, golpeia um prego de massa m = 14 g e para, após cada impacto. Considerando que o prego absorve toda a energia das marteladas, uma estimativa do aumento da temperatura do prego, gerado pelo impacto de dez marteladas sucessivas, fornecerá o valor aproximado de: Dado: Calor específico do ferro c = 450J/kgºC a) 40 ºC b) 57 ºC c) 15 ºK d) 57 ºK e) 15 ºF

4. (Ufpe 2011) Um estudante precisa de três litros de água a temperatura de 37 ºC. Ele já dispõe de dois litros de água a 17 ºC. A que temperatura, em ºC, ele deve aquecer o litro de água a ser misturado com o volume já disponível? Considere a existência de trocas térmicas apenas entre os volumes de água na mistura. 5. (Unesp 2011) Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada de incandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia. Sabe-se que, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de 1 cal/g ºC e o da areia é 0,2 cal/g ºC. Durante 1 hora, a água e a areia receberam a mesma quantidade de energia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se que a água variou sua temperatura em 8 ºC e a areia em 30 ºC. Podemos afirmar que a água e a areia, durante essa hora, perderam, respectivamente, a quantidade de energia para o meio, em kJ, igual a a) 0,4 e 3,0. b) 2,4 e 3,6. c) 0,4 e 1,2. d) 1,2 e 0,4. e) 3,6 e 2,4. 6. (Ufpe 2011) Uma pessoa que deseja beber água fresca, mistura duas porções, de 150 ml cada; uma, à temperatura de 5 ºC, e a outra à temperatura de 31 ºC. Após algum tempo, ela verifica que a temperatura da mistura é de 16 ºC. Determine o módulo da quantidade de calor que é cedido para o ambiente (sala mais copo). Expresse sua resposta em

unidades de 210 calorias. 7. (Upe 2011) O equivalente mecânico do calor pode ser avaliado pela experiência realizada por James Prescott Joule (1818-1889), na qual se utiliza de um aparelho em que um peso, ao descer, gira um conjunto de pás em um recipiente com água, como ilustrado na figura abaixo.

Um bloco de massa m cai de uma altura h, girando as pás que aquecem uma amostra de água de massa M. Admitindo-se que toda energia da queda produza o aquecimento da água, a expressão que representa a variação de temperatura

TΔ da amostra de água é Dado: considere a aceleração da gravidade g e o calor específico da água c.

a) gh

c

b) mgh

Mc

c) M c

m gh

d) m h

M c

e) m gh

M c

8. (Uftm 2011) Dona Joana é cozinheira e precisa de água a 80 ºC para sua receita. Como não tem um termômetro, decide misturar água fria, que obtém de seu filtro, a 25 ºC, com água fervente. Só não sabe em que proporção deve fazer a mistura. Resolve, então, pedir ajuda a seu filho, um excelente aluno em física. Após alguns cálculos, em que levou em conta o fato de morarem no litoral, e em que desprezou todas as possíveis perdas de calor, ele orienta sua mãe a misturar um copo de 200 mL de água do filtro com uma quantidade de água fervente, em mL, igual a a) 800. b) 750. c) 625. d) 600. e) 550. 9. (Uem 2011) Sistemas domésticos de aquecimento de água estão cada vez mais presentes nos empreendimentos imobiliários. Esses sistemas são constituídos de uma unidade de aquecimento que utiliza a radiação solar como fonte de aquecimento e de um reservatório de água. Considere um sistema desse tipo com volume total de 500 litros, que seja capaz de aumentar a temperatura desse volume de água em 2 ºC a cada hora de exposição à luz solar. A temperatura inicial da água é de 23 ºC, e o sistema é exposto à luz solar das 8 às 18 horas. Desprezando a possível troca de calor do sistema com o meio ambiente, assinale o que for correto. 01) A temperatura da água às 18 horas é 43 ºC.

02) A quantidade de calor recebido pelos 500 litros de água até as 18 horas é 71 10 cal . 04) Se ao meio dia, metade do volume de água for retirado e imediatamente reposto com água a 23ºC , a

temperatura de equilíbrio térmico é de aproximadamente 300 K.

08) A capacidade térmica dos 500 litros de água é 51 10 cal/ºC . 16) Às onze horas, a temperatura da água é inferior a 35 ºF. 10. (G1 - ifsp 2011) A temperatura normal do corpo humano é de 36,5 °C. Considere uma pessoa de 80 Kg de massa e que esteja com febre a uma temperatura de 40°C. Admitindo que o corpo seja feito basicamente de água, podemos dizer que a quantidade de energia, em quilocalorias (kcal), que o corpo dessa pessoa gastou para elevar sua temperatura até este estado febril, deve ser mais próxima de Dado: calor específico da água c = 1,0 cal/g°C a) 200. b) 280. c) 320. d) 360. e) 420. 11. (Unesp 2011) Uma bolsa térmica com 500 g de água à temperatura inicial de 60 ºC é empregada para tratamento da dor nas costas de um paciente. Transcorrido um certo tempo desde o início do tratamento, a temperatura da água contida na bolsa é de 40 ºC. Considerando que o calor específico da água é 1 cal/(g.ºC), e supondo que 60% do calor cedido pela água foi absorvido pelo corpo do paciente, a quantidade de calorias recebidas pelo paciente no tratamento foi igual a a) 2 000. b) 4 000. c) 6 000. d) 8 000. e) 10 000.

12. (Uesc 2011) Considere uma barra de liga metálica, com densidade linear de 32,4 10 g / mm , submetida a uma

variação de temperatura, dilatando-se 3,0mm. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear e o calor específico da

liga são, respectivamente, iguais a 5 12,0 10 ºC e a 0,2cal / gºC , a quantidade de calor absorvida pela barra

nessa dilatação é igual, em cal, a a) 72,0 b) 80,0 c) 120,0 d) 132,0 e) 245,0 13. (Ufu 2011) Para tentar descobrir com qual material sólido estava lidando, um cientista realizou a seguinte experiência: em um calorímetro de madeira de 5 kg e com paredes adiabáticas foram colocados 3 kg de água. Após certo tempo, a temperatura medida foi de 10° C, a qual se manteve estabilizada. Então, o cientista retirou de um forno a 540° C uma amostra desconhecida de 1,25 kg e a colocou dentro do calorímetro. Após um tempo suficientemente longo, o cientista percebeu que a temperatura do calorímetro marcava 30° C e não se alterava (ver figura abaixo).

Material Calor específico (cal/g.ºC)

Água 1,00

Alumínio 0,22

Chumbo 0,12

Ferro 0,11

Madeira 0,42

Vidro 0,16

Sem considerar as imperfeições dos aparatos experimentais e do procedimento utilizado pelo cientista, assinale a alternativa que indica qual elemento da tabela acima o cientista introduziu no calorímetro. a) Chumbo b) Alumínio c) Ferro d) Vidro 14. (Espcex (Aman) 2011) A utilização do termômetro, para a avaliação da temperatura de um determinado corpo, é possível porque, após algum tempo de contato entre eles, ambos adquirem a mesma temperatura. Neste caso, é válido dizer que eles atingem a (o) a) equilíbrio térmico. b) ponto de condensação. c) coeficiente de dilatação máximo. d) mesma capacidade térmica. e) mesmo calor específico. 15. (Ufrs 2011) Uma mesma quantidade de calor Q é fornecida a massas iguais de dois líquidos diferentes, 1 e 2. Durante o aquecimento, os líquidos não alteram seu estado físico e seus calores específicos

permanecem constantes, sendo tais que 1 2c 5c .

Na situação acima, os líquidos 1 e 2 sofrem, respectivamente, variações de temperatura 1TΔ e 2TΔ , tais que

1TΔ é igual a

a) 2T / 5Δ

b) 22 T / 5.Δ

c) 2T .Δ

d) 25 T / 2.Δ

e) 25 T .Δ

16. (Ufpr 2011) Considere a seguinte experiência: colocam-se, por um longo período de tempo, dois objetos de massas diferentes em contato entre si, de modo que suas temperaturas fiquem iguais. Em seguida, os objetos são separados e cada um deles é aquecido, de modo a receber uma mesma quantidade de calor Q. A temperatura final dos dois objetos será a mesma? Justifique a sua resposta. 17. (Espcex (Aman) 2011) Para elevar a temperatura de 200 g de uma certa substância, de calor específico igual a

0,6cal / gºC , de 20°C para 50°C, será necessário fornecer-lhe uma quantidade de energia igual a:

a) 120 cal b) 600 cal c) 900 cal d) 1800 cal e) 3600 cal 18. (Ufrs 2011) Uma amostra de uma substância encontra-se, inicialmente, no estado sólido na temperatura 0T .

Passa, então, a receber calor até atingir a temperatura final fT , quando toda a amostra já se transformou em vapor.

O gráfico abaixo representa a variação da temperatura T da amostra em função da quantidade de calor Q por ela recebida.

Considere as seguintes afirmações, referentes ao gráfico.

I. 1T e 2T são, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização da substância.

II. No intervalo X, coexistem os estados sólido e líquido da substância. III. No intervalo Y, coexistem os estados sólido, líquido e gasoso da substância. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III.

19. (G1 - cftmg 2011) Ao se colocar gelo em um copo com água, verifica-se que a água resfria. Esse fenômeno é explicado pelo fato do(a) a) gelo liberar calor para água. b) gelo ceder energia para água. c) água ceder calor para o gelo. d) água absorver energia do gelo. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândia paralisaram aeroportos em vários países da Europa. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois contêm materiais que se fixam nas pás de saída, causando problemas no funcionamento do motor a jato. 20. (Unicamp 2011) Considere que o calor específico de um material presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g

0C . Supondo

que esse material entra na turbina a −200C, a energia cedida a uma massa m = 5g do material para que ele atinja uma

temperatura de 8800C é igual a

a) 220 J. b) 1000 J. c) 4600 J. d) 3600 J. 21. (Pucrs 2010) Para responder a questão, leia as informações a seguir e analise as afirmativas.

Pensando em tomar chimarrão, um gaúcho usa um ebulidor (ou resistência elétrica) para aquecer 1,0 kg de água, de 30 oC até 80

oC. O ebulidor foi conectado a uma tensão de 100 V. O processo de aquecimento acontece em 10 minutos.

Considera-se que o calor específico da água é 4,2 x 103 J/kg

oC.

Sobre o processo descrito acima, afirma-se:

I. A energia absorvida pela água no processo é de 2,1 x 105

J.

II. Desprezando quaisquer trocas de energia, a não ser as que ocorrem entre a água e o ebulidor, a potência elétrica

requerida pelo ebulidor é de 2,1 x 104

W.

III. A resistência elétrica do ebulidor é maior do que 2,5 x 101Ω .

A(s) afirmativa(s) correta(s) é/são

a) II, apenas. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. 22. (Ufop 2010) Um hotel necessita aquecer, de 25 ºC a 75 ºC, 100 litros de água, em 24 horas, utilizando um sistema de aquecimento solar. Sabendo que a radiação solar média por unidade de área é de 650 W/m

2, durante 8 horas por

dia, e que a eficiência do coletor é de 20%, calcule qual a área do coletor solar necessária para aquecer essa quantidade de água. Dados: Calor específico da água c = 4190 J/kgºC

Densidade da água d =1 kg/l. 23. (Uerj 2010) Um recipiente indeformável, de volume V igual a 15 L, contém 3 g de hidrogênio submetidos a uma

pressão inicial de 2,46 atm.

Considerando que o hidrogênio possa ser tratado como um gás ideal, determine, em calorias, a quantidade de calor

necessária para que sua pressão triplique.

Dados: calor específico do gás hidrogênio a volume constante igual a 2,42 cal/g.K; constante universal dos gases igual a

0,082 atm.L/mol.K.; massa molar do gás hidrogênio igual a 2 g/mol.

24. (Ufrgs 2010) Um corpo de alumínio e outro de ferro possuem massas mAl e mFe respectivamente. Considere que o calor específico do alumínio é o dobro do calor específico do ferro. Se os dois corpos, ao receberem a mesma quantidade de calor Q, sofrem a mesma variação de temperatura ∆T, as massas dos corpos são tais que a) mAl = 4mFe. b) mAl = 2mFe. c) mAl = mFe. d) mAl = mFe/2. e) mAl = mFe/4. 25. (G1 - cps 2010) Uma barra de alumínio de 400 g recebe 4 400 cal de uma fonte de calor. Sabendo que a temperatura inicial do bloco é 20°C e que o calor específico do alumínio é 0,22 cal/g · °C, podemos afirmar que a temperatura final da barra, em graus Celsius, será a) 10. b) 40. c) 50. d) 70. e) 90. 26. (Uerj 2010) O gráfico a seguir assinala a média das temperaturas mínimas e máximas nas capitais de alguns países

europeus, medidas em graus Celsius.

Considere a necessidade de aquecer 500 g de água de 0 oC até a temperatura média máxima de cada uma das capitais.

Determine em quantas dessas capitais são necessárias mais de 12 kcal para esse aquecimento. Considere o calor

específico da água igual a 1 cal/g.°C.

27. (Fuvest 2010) Energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes

recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio

(NaNO3), aumentando sua temperatura de 300ºC para 550ºC, fazendo-se assim uma reserva para períodos sem

insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300ºC.

Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de gasolina, necessita-se de uma

massa de NaNO3 igual a

Dados:

Poder calórico da gasolina = 3,6×107 J/L

Calor específico do NaNO3 = 1,2×103 J/Kg ºC

a) 4,32 kg. b) 120 kg. c) 240 kg. d) 3×10

4 kg.

e) 3,6×104 kg.

28. (Uft 2010) Para inserir esferas de alumínio de 10 cm de diâmetro no canal de um rolamento, as esferas devem passar por uma fenda circular de 9,99 cm de diâmetro. Uma forma de fazer isso consiste em resfriar as esferas em álcool, dentro de um calorímetro ideal, até que estas atinjam o equilíbrio térmico com o álcool e tenham seus diâmetros reduzidos o suficiente para passar pela fenda. Qual é a alternativa que melhor representa a máxima temperatura inicial de 0,5 kg de álcool para que a esfera passe pela fenda? Considere o coeficiente de dilatação linear do alumínio: 2,5 x 10

-5 (1/K)

Dados: Temperatura inicial da esfera: 30ºC Massa da esfera: 100 g Calor específico do álcool etílico: 2428 (1/K) Calor específico alumínio: 910 (1/K) a) -8,6 ºC b) 0,0 ºC c) -23,0 ºC d) -7,0 ºC e) 2,4 ºC

29. (G1 - cps 2010) Os manuais de aparelhos celulares recomendam que estes permaneçam distantes do corpo por pelo menos 2,5 cm, pois a Organização Mundial de Saúde (OMS) divulgou um relatório sobre o impacto, na saúde humana, da radiação emitida por estes aparelhos, informando que os sinais emitidos por eles conseguem penetrar até 1 cm nos tecidos humanos, provocando um aumento de temperatura.

Considere que: • os sinais emitidos pelos celulares têm, em média, potência de 0,5 W e são gerados apenas durante o uso do

telefone; • 1 W (um watt) = 1 J/s ( um joule de energia por segundo); • o calor específi co da água vale 4,2 J/g°C, ou seja, são necessários 4,2 J para variar em 1º C a temperatura de

1 g de água. Supondo que a radiação emitida por um desses aparelhos seja usada para aquecer 100 g de água e que apenas 50% da energia emitida pelo celular seja aproveitada para tal, o tempo necessário para elevar a temperatura dessa quantidade de água de 1ºC será de a) 10 min. b) 19 min. c) 23 min. d) 28 min. e) 56 min. 30. (Mackenzie 2010) Paulo comprou um aquecedor elétrico, de especificações 5 000 W – 220 V, provido de um

reservatório de volume 100 litros. Seu rendimento é 80 %. Estando completamente cheio com água e ligado

corretamente, o tempo necessário para se aquecer essa água de 20 ºC é

Dados: massa específica da água = 1 g/cm3; calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) e 1 cal = 4,2 J

a) 15 minutos

b) 28 minutos c) 35 minutos d) 45 minutos e) 90 minutos 31. (Ufscar 2010) 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 · ºC).

32. (Ufpr 2010) Uma montanhista utiliza em suas escaladas uma caneca com massa igual a 100 g e feita de um material com calor específico de 910 J/(kg.ºC). Num certo momento, ela coloca 200 g de chá à temperatura inicial de 80 ºC em sua caneca, que se encontra à temperatura ambiente de 10 ºC. Despreze a troca de calor com o ambiente e considere que o calor específico do chá é igual ao da água, isto é, 1,0 cal/(g.ºC). Determine a temperatura do chá após o sistema ter atingido o equilíbrio térmico. 33. (Ufrj 2010) Um calorímetro ideal contém uma certa massa de um líquido A a 300K de temperatura. Um outro

calorímetro, idêntico ao primeiro, contém a mesma massa de um líquido B à mesma temperatura.

Duas esferas metálicas idênticas, ambas a 400K de temperatura, são introduzidas nos calorímetros, uma no líquido A,

outra no líquido B. Atingido o equilíbrio térmico em ambos os calorímetros, observa-se que a temperatura do líquido A

aumentou para 360K e a do líquido B, para 320K.

Sabendo que as trocas de calor ocorrem a pressão constante, calcule a razão cA/cB entre o calor específico cA do líquido

A e o calor específico cB do líquido B.

34. (Ufg 2010) Uma sala de aula de 200 m

2 e 3 m 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, de 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 1300 J/m

3 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. 35. (Uepg 2010) Quanto à transferência de energia térmica, assinale o que for correto.

01) Corpos diferentes apresentarão temperaturas diferentes após recebimento de calor num determinado tempo. 02) A energia cinética média das partículas individuais está diretamente relacionada com a temperatura de uma

substância. 04) Quanto maior o calor específico de uma substância, maior será a dificuldade em fazer variar a sua temperatura. 08) O calor específico é de maior valor nas substâncias sólidas do que nas substâncias líquidas. 36. (Ufpb 2010) Uma maneira bastante prática e rápida de aquecer água é através de um aquecedor elétrico de nome

popular “mergulhão”. Uma dona de casa costuma usar um mergulhão que fornece 25 kcal de energia por minuto, para

aquecer água.

Desprezando o calor absorvido pelo recipiente que contém a água e o calor perdido para a atmosfera, identifique as

afirmativas corretas:

( ) O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de água. ( ) O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 50 ºC, a temperatura de três litros de água. ( ) O mergulhão gasta 6 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de uma determinada

substância líquida, cujo calor específico é igual à metade do calor específico da água, porém de igual densidade. ( ) O mergulhão gasta meio minuto para elevar, de 20 ºC até 45 ºC, a temperatura de um litro de água. ( ) O mergulhão leva um minuto para elevar em 50 ºC a temperatura de uma determinada substância de capacidade

térmica 5x10-1

kcal/ºC. 37. (Fgv 2010) A primeira coisa que o vendedor de churros providencia é o aquecimento dos 4 litros de óleo de fritura que cabem em sua fritadeira. A partir de 20 ºC, levam-se 12 minutos para que a temperatura do óleo chegue a 200 ºC, aquecimento obtido por um único queimador (boca de fogão), de fluxo constante, instalado em seu carrinho. Admitindo que 80% do calor proveniente do queimador seja efetivamente utilizado no aquecimento do óleo, pode-se determinar que o fluxo de energia térmica proveniente desse pequeno fogão, em kcal/h, é, aproximadamente, Dados: densidade do óleo = 0,9 kg/L calor específico do óleo = 0,5 cal/(g.ºC) a) 4 000. b) 3 500. c) 3 000. d) 2 500. e) 2 000. 38. (Unesp 2010) As pontes de hidrogênio entre moléculas de água são mais fracas que a ligação covalente entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio. No entanto, o número de ligações de hidrogênio é tão grande (bilhões de moléculas em uma única gota de água) que estas exercem grande influência sobre as propriedades da água, como, por exemplo, os altos valores do calor específico, do calor de vaporização e de solidificação da água. Os altos valores do calor específico e do calor de vaporização da água são fundamentais no processo de regulação de temperatura do corpo humano. O corpo humano dissipa energia, sob atividade normal por meio do metabolismo, equivalente a uma lâmpada de 100 W. Se em uma pessoa de massa 60 kg todos os mecanismos de regulação de temperatura parassem de funcionar, haveria um aumento de temperatura de seu corpo. Supondo que todo o corpo é feito de água, em quanto tempo, aproximadamente, essa pessoa teria a temperatura de seu corpo elevada em 5 ºC? Dado: calor específico da água 4,2 x 103 J/kg·ºC. a) 1,5 h. b) 2,0 h. c) 3,5 h. d) 4,0 h.

e) 5,5 h. 39. (Uftm 2010) Após um carpinteiro enterrar um enorme prego de ferro em uma viga de peroba, verifica-se que a temperatura do mesmo elevou-se em 10 ºC. Dados: • calor específico do ferro = 0,1 cal/(g ºC) • massa do prego = 50 g • 1 cal = 4,2 J

Admitindo que 60% da energia transferida pelo martelo tenha acarretado a elevação da temperatura do prego e, considerando que o carpinteiro tenha desferido 50 golpes com seu martelo sobre o prego, a energia média, em joules, transferida em cada martelada é: a) 10. b) 9. c) 8. d) 7. e) 6. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

SUPERCONDUTIVIDADE

O termo supercondutividade se refere à capacidade que alguns materiais têm de conduzir a corrente elétrica sem que

ocorram perdas de energia na forma de calor.

O QUE FAZ UM CONDUTOR SER SUPER?

A história dos semicondutores já é quase centenária e começa em 1911 com o físico Heike Kamerling Onnes, que

observou o fenômeno no mercúrio resfriado a 4,2 K. Em 1995, compostos de cobre dopados com tálio exibiram o

fenômeno da supercondutividade a temperaturas de 138 K a pressões ambientes e até a temperaturas de 164 K em

altas pressões.

Em um condutor comum, os elétrons da corrente elétrica são continuamente espalhados pelos íons metálicos do fio,

perdendo energia, que aquece o fio, fenômeno conhecido como efeito joule. Em um supercondutor, esses elétrons

combinam-se e formam os chamados pares de Cooper, unidos por uma interação atrativa, e movem-se sem haver

espalhamento.

(Texto adaptado de Scientific American Brasil, ano 8 numero 88, págs. 48-55.)

40. (Pucmg 2010) Essa energia perdida seria capaz de aquecer até 100ºC, aproximadamente quantos quilogramas de

água inicialmente a 28 ºC?

Dado: c = 4200 J/kg.

oC

a) 3,5 x 103kg

b) 1,2 x 103 kg

c) 4,5 x 105 Kg

d) 1,0 x 106kg

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: A tabela abaixo mostra a quantidade de alguns dispositivos elétricos de uma casa, a potência consumida por cada um deles e o tempo efetivo de uso diário no verão.

Dispositivo Quantidade Potência (kW) Tempo efetivo de uso diário (h)

ar-condicionado 2 1,5 8

geladeira 1 0,35 12

lâmpada 10 0,10 6

Considere os seguintes valores: • densidade absoluta da água: 1,0 g/cm

3

• calor específico da água: 1,0 cal.g-1

0C-1

• 1 cal = 4,2 J • custo de 1 kWh = R$ 0,50 41. (Uerj 2010) No inverno, diariamente, um aquecedor elétrico é utilizado para elevar a temperatura de 120 litros de água em 30 ºC. Durante 30 dias do inverno, o gasto total com este dispositivo, em reais, é cerca de: a) 48 b) 63 c) 96 d) 126 42. (Ufc 2009) Três recipientes A, B e C contêm, respectivamente, massas m, m/2 e m/4 de um mesmo líquido. No

recipiente A, o líquido encontra-se a uma temperatura T; no recipiente B, a uma temperatura T/2; no recipiente C, a

uma temperatura T/4. Os três líquidos são misturados, sem que haja perda de calor, atingindo uma temperatura final

de equilíbrio Tf. Assinale a alternativa que contém o valor correto de Tf.

a) T/2. b) 3T/4. c) 3T/8. d) 5T/16. e) 2T/3. 43. (Fuvest 2009) Um trocador de calor consiste em uma serpentina, pela qual circulam 18 litros de água por minuto. A

água entra na serpentina à temperatura ambiente (20 °C) e sai mais quente. Com isso, resfria-se o líquido que passa por

uma tubulação principal, na qual a serpentina está enrolada. Em uma fábrica, o líquido a ser resfriado na tubulação

principal é também água, a 85 °C, mantida a uma vazão de 12 litros por minuto. Quando a temperatura de saída da

água da serpentina for

40 °C, será possível estimar que a água da tubulação principal esteja saindo a uma temperatura T de,

aproximadamente,

a) 75 °C

b) 65 °C

c) 55 °C

d) 45 °C

e) 35 °C

44. (Ufc 2009) X recipientes, n1, n2, n3 ..., nx , contêm, respectivamente, massas m a uma temperatura T, m/2 a uma

temperatura T/2, m/4 a uma temperatura T/4 ..., m/2x -1

a uma temperatura T/2x -1

, de um mesmo líquido. Os líquidos

dos X recipientes são misturados, sem que haja perda de calor, atingindo uma temperatura final de equilíbrio Tf.

a) Determine Tf, em função do número de recipientes X.

b) Determine Tf, se o número de recipientes for infinito.

45. (Unesp 2009) Segundo a Biblioteca Virtual Leite Lopes, “o calor de combustão de um combustível é a quantidade de calor que 1 grama da substância produz, ao ser completamente queimada”.

(www.prossiga.br/leitelopes/) O calor de combustão do carvão vegetal pode ter valores muito variáveis, mas um valor médio bem aceito é

73,0 10 J / kg. Nesse caso, sabendo-se que o calor específico da água é 34,2 10 J / kg.ºC e supondo que não haja

perdas, a massa de carvão que, completamente queimada, fornece a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1,0 kg de água de 28 °C à fervura (100 °C), em gramas, é aproximadamente de a) 600. b) 300. c) 150. d) 50. e) 10. 46. (Mackenzie 2009) Um calorímetro de capacidade térmica 6 cal/

°C contém 80 g de água (calor específico = 1 cal/g

°C)

a 20°C. Ao se colocar um bloco metálico de capacidade térmica 60 cal/

°C, a 100

°C, no interior desse calorímetro,

verificou-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é 50°C. A quantidade de calor perdida para o ambiente, nesse

processo, foi de:

a) 420 cal b) 370 cal c) 320 cal d) 270 cal e) 220 cal

47. (Unifesp 2009) O gráfico mostra as curvas de quantidade de calor absorvido em função da temperatura para dois

corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de líquido.

O bloco de metal, a 115

°C, foi colocado em contato com o líquido, a 10

°C, em um recipiente ideal e isolado

termicamente. Considerando que ocorreu troca de calor somente entre o bloco e o líquido, e que este não se

evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá a

a) 70°C.

b) 60°C.

c) 55°C.

d) 50°C.

e) 40°C.

48. (Puc-rio 2009) Quanta energia deve ser dada a uma panela de ferro de 300 g para que sua temperatura seja

elevada em 100 °C? Considere o calor específico da panela como c = 450 J/ kg

°C.

a) 300 J b) 450 J c) 750 J d) 1750 J e) 13500 J 49. (Enem 2009) O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode

ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere

determinada região cuja insolação — potência solar incidente na superfície da Terra — seja de 800 watts/m2.

Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão.

Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície parabólica espelhada é focalizada em um receptor

em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 °C. O calor desse óleo é transferido para a água,

vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia

elétrica.

Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e

que focaliza no receptor os 800 watts/m2 de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal. g

-1.

ºC-1

= 4.200 J. kg-1

. ºC-1

, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1

m3 (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre

a) 15 m e 21 m. b) 22 m e 30 m. c) 105 m e 125 m. d) 680 m e 710 m. e) 6.700 m e 7.150 m. 50. (Pucsp 2009) Ana, em sua casa de praia, deseja ferver 2 litros de água numa chaleira de alumínio de 500 g, ambos

na temperatura ambiente de 25°C. No entanto, seu botijão de gás natural possui apenas 1% da sua capacidade total.

Considerando a perda de calor para o meio ambiente de 35%, a quantidade de gás disponível é:

- Considere: Densidade da água = 1 g/cm3

- Calor específico da água = 1,0 cal/g°C

- Calor específico do alumínio = 0,2 cal/g°C

- Capacidade total do botijão = 13 kg ou 31 litros

- Calor de combustão do gás natural = 12.000 kcal/kg

a) Suficiente, afinal ela necessita de aproximadamente 10 gramas. b) Suficiente, afinal ela necessita de aproximadamente 20 gramas. c) Suficiente, afinal ela necessita de aproximadamente 30 gramas. d) Insuficiente, já que ela precisa de 200 gramas. e) Insuficiente, já que ela precisa de 300 gramas. 51. (Ufg 2009) Com o objetivo de economizar energia, um morador instalou no telhado de sua residência um coletor

solar com capacidade de 1,2 x 108 cal/dia. Toda essa energia foi utilizada para aquecer 2,0 x 10

3 L de água armazenada

em um reservatório termicamente isolado. De acordo com estes dados, a variação da temperatura da água (em graus

Celsius) ao final de um dia é de:

Dados:

Calor específico da água ca = 1,0 cal/g °C

Densidade da água da = 1,0 g/cm3

a) 1,2 b) 6,0 c) 12,0 d) 60,0 e) 120,0 52. (Uerj 2009) Um adulto, ao respirar durante um minuto, inspira, em média, 8,0 litros de ar a 20

°C, expelindo-os a 37

°C. Admita que o calor específico e a densidade do ar sejam, respectivamente, iguais a 0,24 cal . g

-1.

°C

-1 e 1,2 g . L

-1.

Nessas condições, a energia mínima, em quilocalorias, gasta pelo organismo apenas no aquecimento do ar, durante 24

horas, é aproximadamente igual a:

a) 15,4 b) 35,6 c) 56,4 d) 75,5 53. (Fgv 2009) Como não ia tomar banho naquele momento, um senhor decidiu adiantar o processo de enchimento de

seu ofurô (espécie de banheira oriental), deixando-o parcialmente cheio. Abriu o registro de água fria que verte 8 litros

de água por minuto e deixou-o derramar água à temperatura de 20 °C, durante 10 minutos. No momento em que for

tomar seu banho, esse senhor abrirá a outra torneira que fornece água quente a 70 °C e que é semelhante à primeira,

despejando água na mesma proporção de 8 litros por minuto sobre a água já existente no ofurô, ainda à temperatura

de 20 °C. Para que a temperatura da água do banho seja de 30

°C, desconsiderando perdas de calor para o ambiente e o

ofurô, pode-se estimar que o tempo que deve ser mantida aberta a torneira de água quente deve ser, em minutos,

a) 2,5. b) 3,0. c) 3,5. d) 4,0. e) 4,5. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: As primeiras ideias sobre energia mecânica foram formuladas por Gottfried Leibnitz, filósofo e matemático (1646-

1716). Leibnitz acreditava que, para um corpo de massa m e velocidade v, a grandeza mv2, que ele chamava "vis viva",

era uma grandeza que se conservava. Para Leibnitz um corpo lançado verticalmente sempre possuiria "vis" (força,

energia), mesmo quando estivesse no ponto mais alto onde a velocidade é nula. Ao cair, sua velocidade aumenta e o

corpo passa a ter novamente a "vis viva". A grandeza mv2 de Leibnitz hoje é identificada como o dobro da energia

cinética. O progresso das ciências físicas levou à descoberta de diferentes formas de energia: potencial gravitacional,

potencial elástica, térmica, elétrica, etc. Assim, quando se consideram todas as formas de energia, a energia total de

um sistema isolado é constante. Essa é a lei da conservação da energia, enunciada independentemente por Joule,

Helmholtz e Mayer, por volta de 1850.

(Texto adaptado de Projeto de Ensino de Física, USP, fascículo 11, coordenação de Ernest Hamburger e Giorgio

Moscate, 1975.)

A figura a seguir mostra um corpo de massa m = 0,05 kg, preso a uma mola de constante elástica k = 20 N/m. O objeto é

deslocado 20 cm para a direita, a partir da posição de equilíbrio sobre uma superfície sem atrito, passando a oscilar

entre x = A e x = - A.

54. (Pucmg 2009) Se houvesse atrito entre o corpo e a superfície, a quantidade de calor gerada seria suficiente para

Considere: 1 cal = 4 J ; água: c = 1 calg/°C ; Lf = 80 cal/g; Lv = 540 cal/g.

a) fundir 1 g de gelo a 0 °C.

b) aumentar em 1 °C a temperatura de 1 g de água.

c) vaporizar 0,01 g de água a 100 °C.

d) aumentar em 1 °C a temperatura de 0,1 g de água.

55. (Ufscar 2008) Após ter estudado calorimetria, um aluno decide construir um calorímetro usando uma lata de

refrigerante e isopor. Da latinha de alumínio removeu parte da tampa superior. Em seguida, recortou anéis de isopor,

de forma que estes se encaixassem na latinha recortada, envolvendo-a perfeitamente (Figura 1).

Em seu livro didático, encontrou as seguintes informações (Figura 2):

a) Determine a capacidade térmica desse calorímetro, sabendo que a massa da latinha após o recorte realizado era de

15 . 10-3

kg.

b) Como a capacidade térmica do calorímetro era muito pequena, decidiu ignorar esse valor e então realizou uma

previsão experimental para o seguinte problema:

Determinar a temperatura que deve ter atingido um parafuso de ferro de 0,1 kg aquecido na chama de um fogão.

Dentro do calorímetro, despejou 0,2 L de água. Após alguns minutos, constatou que a temperatura da água era de 19 °C. Aqueceu então o parafuso, colocando-o em seguida no interior do calorímetro. Atingido o equilíbrio térmico, mediu

a temperatura do interior do calorímetro, obtendo 40 °C. Nessas condições, supondo que houvesse troca de calor

apenas entre a água e o parafuso, determine aproximadamente a temperatura que este deve ter atingido sob o calor

da chama do fogão.

56. (Uerj 2008) Um recipiente com capacidade constante de 30 L contém 1 mol de um gás considerado ideal, sob

pressão P0 igual a 1,23 atm.

Considere que a massa desse gás corresponde a 4,0 g e seu calor específico, a volume constante, a 2,42 cal. g-1

. °C

-1.

Calcule a quantidade de calor que deve ser fornecida ao gás contido no recipiente para sua pressão alcançar um valor

três vezes maior do que P0.

57. (G1 - cps 2008) Muitos estudos têm demonstrado a necessidade de uma dieta alimentar balanceada para diminuir

a incidência de doenças e aumentar a qualidade e o tempo de vida do homem.

Durante o intervalo, um estudante consumiu um lanche feito de pão e hambúrguer, 50 g de batata frita, 1 caixinha de

água de coco e 50 g de sorvete.

Considere a tabela a seguir.

O valor energético total, obtido pela ingestão do lanche é, aproximadamente, em kcal, de

a) 426. b) 442. c) 600. d) 638. e) 867. 58. (Fatec 2008) Um chuveiro elétrico de potência 4,2.10

3 W é usado para aquecer 100 g de água por segundo, em

regime permanente. O calor específico da água é c = 4,2 J/(g°C). Despreze possível perda de calor para o ambiente. Se a

temperatura de entrada da água no chuveiro é de 23 °C, sua temperatura de saída é de

a) 28 °C

b) 33 °C

c) 38 °C

d) 41 °C

e) 45 °C

59. (Uece 2008) A massa total estimada de água existente na Terra é cerca de 10

21 kg. Admitindo-se que a energia total

anual consumida pela humanidade no planeta seja da ordem de 1022

J, se pudéssemos aproveitar, de alguma maneira,

um quarto da quantidade de calor liberado devido à diminuição da temperatura da massa de água em 1 °C, poderíamos

suprir o consumo energético da humanidade por, aproximadamente:

a) 1 mês b) 1 ano c) 100 anos d) 10 anos 60. (Pucsp 2008) A tabela mostra o ponto de ebulição da água e a pressão atmosférica em diversas altitudes.

Altitude (m) Pressão atmosférica (cmHg) Ponto de ebulição da água (ºC)

0 76 100

500 72 98

1000 67 97

1500 64 95

2000 60 93

2500 56 92

9000 24 70

Ao armar acampamento durante a escalada, um alpinista verifica em seus instrumentos que a pressão atmosférica local

é de 60 cmHg e a temperatura ambiente é de 10 °C. Esse alpinista deseja ferver 200 g de água (calor específico 1

cal/g°C), que se encontra à temperatura ambiente, utilizando para isso um fogão que fornece 200 cal/s.

Considerando as perdas de energia térmica (para o ambiente e para o recipiente) correspondentes a 50% da energia

fornecida, pode-se afirmar que o aquecimento demorará

a) 120 s b) 166 s c) 180 s d) 332 s e) 360 s 61. (Unifesp 2008) Em uma experiência de laboratório, um aluno mede a temperatura de uma pequena quantidade de

água contida em um tubo de ensaio (a água e o tubo foram previamente aquecidos e estão em equilíbrio térmico). Para

isso, imerge nessa água um termômetro de mercúrio em vidro que, antes da imersão, marcava a temperatura

ambiente: 20 °C. Assim que todo o bulbo do termômetro é imerso na água, a coluna de mercúrio sobe durante alguns

segundos até atingir 60 °C e logo começa a baixar. Pode-se afirmar que a temperatura da água no instante em que o

termômetro nela foi imerso era

a) de 60 °C, pois o termômetro nunca interfere na medida da temperatura e o calor perdido para o ambiente, nesse

caso, é desprezível. b) de 60

°C porque, nesse caso, embora possa haver perda de calor para o termômetro e para o ambiente, essas perdas

não se manifestam, pois a medida da temperatura é instantânea. c) maior do que 60

°C; a indicação é menor exclusivamente por causa da perda de calor para o ambiente, pois o

termômetro não pode interferir na medida da temperatura. d) maior do que 60

°C e a indicação é menor principalmente por causa da perda de calor para o termômetro.

e) menor do que 60 °C porque, nesse caso, a água absorve calor do ambiente e do termômetro.

62. (Puc-rio 2008) Quanto calor precisa ser dado a uma placa de vidro de 0,3 kg para aumentar sua temperatura em 80 °C?

(Considere o calor específico do vidro como 70 J/kg°C)

a) 1060 J b) 1567 J c) 1680 J d) 1867 J e) 1976 J 63. (Ufms 2008) No interior de um forno de micro-ondas encontra-se um prato que contém 1 kg de purê de batatas

para ser aquecido. Considere que o purê de batatas possui calor específico c = 1,8 cal/g° C, e que a capacidade térmica C

do prato é de

20 cal/° C. A potência elétrica de consumo do forno é igual a 1.200 W, dos quais 80% dessa potência são transferidos

como energia térmica para o purê de batatas, o qual por condução aquece o prato, considere que somente essa

energia é transferida para o prato. Antes de ligar o forno de micro-ondas, todo esse sistema está em equilíbrio térmico

na temperatura de 20 °C. Assinale a alternativa que corresponde ao tempo em que o forno de micro-ondas deve ficar

ligado para que o prato e o purê de batatas atinjam a temperatura de 50 °C. Use a relação que 1 cal = 4,18 J.

a) Igual a 3,6 minutos. b) Igual a 3,2 minutos. c) Mais que 3,7 minutos. d) Igual a 3,0 minutos. e) Menos que 2,0 minutos. 64. (Uepg 2008) Dois pequenos blocos de alumínio, de massas m1 e m2, cujas temperaturas são, respectivamente, T1 e

T2, encontram-se inicialmente isolados um do outro. Considerando que m1 > m2 e que T2 > T1, assinale o que for

correto.

01) Sendo T2 >T1 e m2 > m1, então o bloco m2 possui maior quantidade de calor que o bloco m1. 02) Uma vez que os blocos são constituídos de um mesmo material, ambos possuem a mesma capacidade térmica. 04) Se os dois blocos forem colocados em contato, ocorrerá um fluxo de energia, na forma de calor, cujo sentido será

do bloco m2 para o bloco m1. 08) Se os dois blocos forem colocados em contato, o fluxo de calor entre eles cessará quando for atingido o equilíbrio

térmico. 16) Se os dois blocos forem colocados em contato, após ser atingido o equilíbrio térmico a temperatura dos blocos será

menor que T2 e maior que T1.

65. (Puc-rio 2008) Uma quantidade m de água a 90

°C é misturada a 1,0 kg de água a 30

°C. O resultado final em

equilíbrio está a 45 °C. A quantidade m, em kg, vale:

a) 1,00 b) 2,00 c) 0,66 d) 0,33 e) 3,00

66. (Pucsp 2008) Leia a tirinha seguir:

O fato de Calvin e Haroldo sentirem as sensações de calor e de frio sugere que a situação se passa

a) de manhã e o calor específico da areia é maior do que o da água. b) à tarde e o calor específico da areia é maior do que o da água. c) de manhã e o calor específico da areia é menor do que o da água. d) à tarde e o calor específico da areia é menor do que o da água. e) ao meio-dia e o calor específico da areia é igual ao da água. 67. (Unicamp 2008) O chuveiro elétrico é amplamente utilizado em todo o país e é o responsável por grande parte do

consumo elétrico residencial. A figura a seguir representa um chuveiro metálico em funcionamento e seu circuito

elétrico equivalente. A tensão fornecida ao chuveiro vale V = 200 V e sua resistência é R1 = 10 Ω.

a) Suponha um chuveiro em funcionamento, pelo qual fluem 3,0 litros de água por minuto, e considere que toda a

energia dissipada na resistência do chuveiro seja transferida para a água. O calor absorvido pela água, nesse caso, é

dado por Q = mc∆θ, onde c = 4 × 103 J/kg

°C é o calor específico da água, m é a sua massa e ∆θ é a variação de sua

temperatura. Sendo a densidade da água igual a 1000 kg/m3, calcule a temperatura de saída da água quando a

temperatura de entrada for igual a 20 °C.

b) Considere agora que o chuveiro esteja defeituoso e que o ponto B do circuito entre em contato com a carcaça

metálica. Qual a corrente total no ramo AB do circuito se uma pessoa tocar o chuveiro como mostra a figura? A

resistência do corpo humano, nessa situação, vale R2 = 1000 Ω. 68. (Pucmg 2008) O ebulidor, dispositivo usado nas residências para o aquecimento da água, é um exemplo bem

ilustrativo de aplicação do efeito JOULE. Esse fenômeno foi estudado no século XIX pelo cientista James P. Joule e

consiste na transformação da energia elétrica perdida pelas cargas da corrente elétrica em calor.

Considere um ebulidor ligado a uma tensão de 120V imerso em um recipiente que contenha um litro de água a 20°C.

Admitindo-se que todo o calor originado da resistência elétrica seja transferido à água, o valor da resistência do

ebulidor para que a água atinja a temperatura de 100°C em 2,0 minutos será de, aproximadamente:

Considere: c = 4,18 J/g°C e ρ = 1 litro/kg

a) 5,5 Ω b) 16,5 Ω c) 3,5 Ω d) 8,5 Ω TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Dois cubos metálicos com dimensões idênticas, um de ouro (A), outro de chumbo (B), estão sobre uma placa

aquecedora, inicialmente em temperatura ambiente.

69. (Ufrgs 2008) A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades térmicas desses dois materiais.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem.

Em outro experimento, a cada um dos cubos é fornecida, independentemente, a mesma quantidade de calor. A

temperatura final do cubo A será __________ que a do B e a variação de energia interna dos cubos será _________.

a) maior - positiva b) maior - negativa c) maior - zero d) menor - zero e) menor - positiva 70. (Uem 2011) Um cientista deseja determinar o calor específico de um material. Para isso, utilizando um calorímetro, ele aquece 20 miligramas desse material, mede a quantidade de calor fornecida ao material e a sua temperatura a cada instante. Na figura abaixo, é apresentado um gráfico da quantidade de calor absorvida pelo material em função da temperatura. Analise cuidadosamente o gráfico e assinale o que for correto.

01) O coeficiente angular da reta descrita pelos dados experimentais é a capacidade térmica dos 20 miligramas desse

material. 02) O valor da capacidade térmica dos 20 miligramas desse material é 0,06 cal/ºC. 04) O valor do calor específico desse material é 3 cal/(g.ºC). 08) No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de capacidade térmica é cal/(g.ºC). 16) Esses dados experimentais do cientista descrevem uma equação matemática de segundo grau.

Gabarito: Resposta da questão 1: [D] Da equação fundamental da calorimetria:

Q mc Q 500 0,1 520 20 25.000 cal.

Resposta da questão 2: [C]

VCafé = 50 mL; VLeita = 100 mL; VAdoçante = 2 mL; cCafé = 1 cal/gºC; cLeita = 0,9 cal/gºC; cAdoçante = 2 cal/gºC. Considerando o sistema termicamente isolado, vem:

Café Leite Adoçante Café Leite AdoçanteQ Q Q 0 mc mc mc 0

Como as densidades ( ) dos três líquidos são iguais, e a massa é o produto da densidade pelo volume (m = V),

temos:

Café Leite AdoçanteVc Vc Vc 0

50 1 80 100 0,9 50 2 2 20 0

50 4.000 90 4.500 4 80 0

8.580144 8.580

144

59,6 C.

Portanto, a temperatura de equilíbrio está sempre 55 °C e 64,9 °C. Resposta da questão 3: [A]

Dados: M = 1,2 kg; m = 14 g = 14 × 10–3

kg; v = 6,5 m/s; c = 450 J/kg°C. De acordo com o enunciado, toda energia cinética (ECin) do martelo é absorvida pelo prego na forma de calor (Q). Para 10 marteladas, temos:

22 2

Cin 3

1,2 6,5M v M vQ 10 E mc T 10 T 10 10 40,23

2 2mc 2 14 10

T 40 °C.

Resposta da questão 4:

Dados: 1C = 2C; 2C = C; 1T = 17 ºC; T = 37 ºC.

Como o sistema é termicamente isolado:

1 2 1 1 2 2Q Q 0 C T T C T T 0 2C 37 17 C 37 T 0

40 37 T T 77 ºC.


Dados: mágua = mareia = 100 g; cágua = 1 cal/g·°C = 4 J/g·°C; careia = 0,2 cal/g·°C = 0,8 J/g·°C; água = 8°C; areia = 30°C; Qlâmp = 3,6 kJ.

Calculando a quantidade de calor absorvida por cada uma das amostras:

Qágua = mágua cágua água = 100 (4) (8) = 3.200 J = 3,2 kJ.

Qareia = mareia careia areia = 100 (0,8) (30) = 2.400 J = 2,4 kJ. As quantidades de energia perdidas são: Eágua = 3,6 – 3,2 = 0,4 kJ. Eareia = 3,6 – 2,4 = 1,2 kJ. Resposta da questão 6:

1 2 cedidoQ 0 mc mc Q 0

cedido150 1 (16 5) 150 1(16 31) Q 0

2

cedido cedido1650 2250 Q 0 Q 600cal 6 10 cal

Portanto, a quantidade de calor cedido, em 210 calorias, é igual a 6. Resposta da questão 7: [B] A energia potencial transforma-se em calor.

mghmgh Mc T T

McΔ Δ .

Resposta da questão 8: [E] O somatório dos calores trocados é nulo.

1 2 1 1 2 2 2

2 2

Q Q 0 m c T m c T 0 200 80 25 m 80 100 0

20m 11.000 m 550 g.

Resposta da questão 9: 01 + 02 + 04 = 07 01) Correto. De 8 às 18 horas são 10 horas. A temperatura aumentará 2 x10 = 20ºC. A temperatura da água às 18 horas

é 43 ºC.

02) Correto. 3 7Q mc 500x10 x1x20 1x10 cal .

04) Correto. De 8 às 12 horas a temperatura aumentou 2 x 4 = 8°C. Ou seja a água está a 31°C.

Misturando 250 litros de água a 31°C com 250 litros de água a 23°C, obtemos:

Como m1=m2, vem: 31 23 0 2 54 27 C 300K .

08) Errado. 3 5C mc 500x10 x1 5x10 cal / C .

16) Errado. De 8 às 11 a água aquece 2 x 3 = 6°C. Ou seja, a água está a 29°C.

Transformando para Fahrenheit, vem; 29 F 32

F 84,2 F5 9

.

Resposta da questão 10: [B]

Dados: m = 80 kg = 80.000 g; t = 40 – 36,5 = 3,5 °C; c = 1 cal/g°C. Da equação do calor sensível:

Q = m c t Q = 80.000 1 3,5 = 280.000 cal Q = 280 kcal. Resposta da questão 11: [C]

Q 0,6mc 0,6x500x1x20 6.000calΔ Δθ .

Resposta da questão 12: [A]

0L

m

cc.

L

m

L

Q

..LL

mcQ

00

5

3

10x2

2,0x10x4,2

3

Q

cal72Q

Resposta da questão 13: [D]

Q 0 madeiraágua materialmc (mc ) mc 0Δθ Δθ Δθ

3.1.(30 10) 5.0,42(30 10) 1,25c(30 540) 0

0637,5 c 102 c 0,16 cal / g C

Resposta da questão 14: [A] Quando dois corpos entram em contato há um fluxo de calor do mais quente para o mais frio até que as temperaturas se igualem atingindo o equilíbrio térmico. Resposta da questão 15: [A]

21 2 1 1 2 2 2 1 2 2 1

TQ Q mc T mc T 5c T c T T

5

ΔΔ Δ Δ Δ Δ .

Resposta da questão 16: Sendo C1 e C2 as respectivas capacidades térmicas desses corpos, temos:

1 2 1 1 2 2Q Q C T C T .

– Se as capacidades térmicas são iguais (C1 = C2), as temperaturas finas serão iguais.

– Se as capacidades térmicas são diferentes (C1 C2), as temperaturas finais são diferentes. O corpo de maior capacidade térmica terá menor temperatura final. Resposta da questão 17: [E] Aplicação direta da fórmula do calor sensível.

Q m.c. Q 200x0,6x 50 20 3600cal

Resposta da questão 18: [D] O gráfico abaixo esclarece a questão

Resposta da questão 19: [C] Pela diferença de temperaturas, ocorre um fluxo de calor da água para o gelo. Resposta da questão 20: [D]

Dados: m = 5 g; c = 0,8 J/g·°C; = [880 – (-20)] = 900 °C. Da equação fundamental da calorimetria:

Q = m c = (5) (0,8) (900) Q = 3.600 J. Resposta da questão 21: [C]

Dados: massa de água m = 1 kg; variação de temperatura T = 80 – 30 = 50 °C; Tensão elétrica U = 100 V; calor

específico da água c = 4,2103 J/kg.°C e variação de tempo t = 10 min = 600 s

Testemos cada uma das afirmações.

I. Correta.

Q = mcT = 1(4,2103)(50) Q = 2,110

5 J.

II. Errada.

P =

5Q 2,1 10350

t 600W.

III. Correta.

P = 2 2 2U U 100

R 28,6R P 350


Dados: T = 50 °C; = 20%; m = 100 kg; I = 650 W/m2; c = 4.190 J/kg.°C; t = 8 h = 28.800 s.

Entendendo que a água deva ser aquecida num prazo de 24 h, o tempo útil para aquecê-la é de 8 h. A quantidade de calor necessária para esse aquecimento é:

Q = m c T = 100 (4.190) (50) Q = 20.950.000 J. A intensidade de radiação útil (Iu) é:

Iu = I = 0,2 (650) = 130 W/m2.

A intensidade útil de radiação é a razão entre a potência (P) e a área (A) de capitação. Por sua vez, a potência é a razão

entre a energia absorvida (calor: Q) e o tempo (t) de exposição. Em equações:

Iu = P

A e P =

Q

t. Combinando essas expressões:

Iu =

Q

A t A =

u

Q

I t=

20.950.000

(130)(28.800)

A = 5,6 m

2.


Dados: m = 3 g; P1 = 2,46 atm; P2 = 3 P1; V1 = V2 = 15 L; 2Hc = 2,42 cal/g.K; R = 0,082 atm.L/mol.K.;

2HM = 2 g/mol.

Aplicando a equação de Clapeyron para a situação inicial:

P1 V1 =

2H

m

M R T1 T1 =

2H 1 1M P V 2 2,46 15

m R 3 0,082 T1 = 300 K.

Aplicando a equação geral dos gases:

1 1 2 2 1 1

2

1 2 2

P V P V P 3 PT 900

T T 300 TK.

A quantidade de calor necessária para esse aquecimento a volume constante é:

Q = m 2Hc T = 3 2,42 (900 – 300)

Q = 4.356 cal. Resposta da questão 24: [D]

Dados: QAl = QFe; cAl = 2 cFe; TAl = TFe = T.

QAl = QFe mAl cAl T = mFe cFe T mAl 2 cFe = mFe cFe mAl = Fem

2

Resposta da questão 25: [D] Dados: m = 400 g; Q = 4.400 cal; c = 0,22 cal/g·°C; T0 = 20 °C.

Q = m c (T – T0) 0

Q 4.400T T T 20

m c 400 0,22

T – 20 = 50 T = 70 °C.


Dados: m = 500 g; Q > 12 kcal = 12.000 cal.

m c (T – 0) > Q T > Q 12.000

m c 500 (1) T > 24 °C.

Na tabela, vemos que as capitais que têm temperatura média máxima maior que a calculada são: F, G, H, J e K.

Portanto, são 5 as capitais em que são necessárias mais de 12 kcal para aquecer 500 g de água de 0°C até a temperatura média local. Resposta da questão 27:

[B]

Q = m c T m =

7

3

Q 3,6 10m 120 kg.

c T 1,2 10 (550 300)

Resposta da questão 28: [D] (Esse é o gabarito oficial fornecido pela banca examinadora, porém não há resposta.) OBS: o examinador confundiu-se na unidade de calor específico e distraiu-se na resolução da questão, fazendo –10 – 3 = –7. Por isso julgamos que na alternativa D, dada como resposta, deveria está –13°C. Mas a questão em si é boa, por isso vamos resolvê-la fazendo os devidos consertos.

Dados: T0e = 30 °C; me = 100 g = 0,1 kg; Al = 2,5 10 K–1

; malc = 0,5 kg cAll = 910 J/kg·K = 910 J/kg·°C; calc = 2.428 J/kg·K = 2.428 J/kg·°C; D0 = 10 cm; D = 9,99 cm.

Como se trata de variação de temperatura, podemos usar o coeficiente de dilatação em K–1

ou °C–1

, pois a variação de

1°C corresponde à variação de 1 K.

Calculando a variação de temperatura que deve sofrer a esfera:

D = D0 Al Te Te =

2

450 Al

D 9,99 10 10

D 2,5 1010 2,5 10

Te = – 40°C.

Como a esfera está inicialmente à temperatura T0e = 10 °C, temos:

Te = T – T0e –40 = T – 10 T = –30°C. Ao colocar a esfera e o álcool num calorímetro ideal, temos um sistema termicamente isolado, que deve atingir o equilíbrio térmico em T = –30°C. Então, calculemos a temperatura inicial do álcool (T0alc)

Qalcool = Qesfera = 0 malc calc (T – T0alc) + me cAl Te = 0 0alcT T = e Al e

alc alc

m c T

m c

Substituindo os dados:

–10 – T0alc = 0,1(910)( 40)

0,5(2.428)

–10 – T0alc 3 T0alc = –10 – 3

T0alc = –13 °C. Resposta da questão 29: [D]

Dados: PT = 0,5 W; = 50%; m = 100 g; c = 4,2 J/g.°C. Quantidade de calor necessária para aquecer a massa de água de 1°C:

Q = m c t Q = 100 (4,2) (1) Q = 420 J. Potência útil:

Pu = PT = 0,5 (0,5) = 0,25 W.

Pu =

Q

t

u

Q 420t 1680

P 0,25s t = 28 min.


Dados: V = 100 L m = 100 kg; c = 1 cal/g.°C = 4,2 J/g.°C = 4200 J/kg.°C e T =20 °C.

Quantidade de calor necessária no aquecimento: Q = m c T = 100(4200)(20) = 84105 J.

Potência útil: PU = 0,8(5000) = 4000 W = 4103 J/s.

5

U 3

U

Q Q 84 10P t 2100 s = 35 min

t P 4 10.


a) Dados: v = c = 3 108 m/s; f = 850 MHz = 8,5 10

8 Hz.

Da equação fundamental da ondulatória:

v = 8

8

v 3 10f

f 8,5 10

= 0,35 m.

b) Dados: P = 1 W; m = 2 kg; c = 3,6 J/(g.°C) = 3.600 J/(kg.°C); t = 9 min = 540 s.

A quantidade de calor absorvida é:

Q = P t.

Combinando com a equação do calor sensível:

P t = m c T P t 1 540 3

Tm c 2 3.600 40

T = 0,075 °C. Resposta da questão 32: Dados: m1 = 100 g = 0,1 kg ; c1 = 910 J/kg.°C; T1 = 10 °C; T2 = 80 °C; m2 = 200 g = 0,2 kg; c2 = 1 cal/g.°C = 4.200 J/kg.°C. O sistema é termicamente isolado. Então:

Qcaneca + Qchá = 0 m1 c1 (T – T1) + m2 c2 (T – T2) = 0

0,1(910)(T – 10) + 0,2(4.200) (T – 80)

91 T – 910 + 840 T – 67.200 931 T = 68.110

T 73,16 °C.


Dados: T0A = 300 K; TA = 360 K; T0B = 300 K; TB = 320 K; T0e = 400 K.

Ainda: m é a massa de cada líquido e C é a capacidade térmica de cada esférica metálica.

Como se trata de sistema termicamente isolado (os calorímetros são ideais) o somatório dos calores trocados é nulo.

Para a mistura do líquido A com a primeira esfera:

QA + Qe1 = 0 m cA (TA – T0A) + C(TA – T0e) m cA (360 – 300) + C(360 – 400) = 0 60 m cA – 40 C = 0

3 m cA = 2 C. (equação 1)

Para a mistura do líquido B com a segunda esfera:

QB + Qe2 = 0 m cB (TB – T0B) + C(TB – T0e) m cB (320 – 300) + C(320 – 400) = 0 20 m cB – 80 C = 0

m cB = 4 C. (equação 2)

Dividindo membro a membro as equações 1 e 2, vem:

A A

B B

A

B

3mc 3c2C 1

mc 4C c 2

c 1.

c 6


Dados: n = 60 pessoas; P1 = 120 W; A = 200 m2; h = 3 m; T = 37 – 25 = 12 °C; c = 1.300 J/m

3·°C.

a) Para manter a temperatura da sala constante a 25°C, toda potência liberada pelas 60 pessoas deve ser compensada

pelo aparelho de ar-condicionado. Assim:

Pap = n P1 = 60 (120) Pap = 7.200 W. b) A potência liberada pelas pessoas será usada para aquecer o volume de ar existente na sala.

V c TQ Q

P t tt P P

(200)(3)(1.300)(12)

t7.200

t = 1.300 s = 21,7 min. Resposta da questão 35:

02 + 04 = 06

(01) Errada. A variação de temperatura depende da quantidade de calor recebida (Q) e da capacidade térmica do corpo

(C), de acordo com a expressão: Q

TC

. Vemos, então, que se dois corpos apresentarem a mesma razãoQ

C,

apresentarão a mesma variação de temperatura. Se estiverem à mesma temperatura inicial, apresentarão a

mesma temperatura final.

(02) Correta. Da própria definição: temperatura é a medida do estado de agitação das partículas, ou seja, da energia

cinética média das partículas.

(04) Correta. A unidade de calor específico é

cal

g C. Isso nos informa que, quanto maior o calor específico, mais

energia (calorias) serão necessárias para aumentar de 1 °C uma unidade de massa. O calor específico representa

uma espécie de dificuldade da substância em variar temperatura.

(08) Errada. Basta observar aqui que o calor específico da água (líquida) é 1 cal/(g.°C), enquanto que o calor específico do alumínio (sólido) é 0,22 cal/(g.°C). Resposta da questão 36: V – V – F – F – V.

Dados: P = 25 kcal/min; c = 1 kcal/kg°C

QP Q P t. mc

P t mc t .tP

Q mc .

Apliquemos a expressão acima para verificar cada uma das afirmações. (V) O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de água.

1 1 100 25 75t t 3 min.

25 25

(V) O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 50 ºC, a temperatura de três litros de água.

3 1 50 25 75t t 3 min.

25 25

(F) O mergulhão gasta 6 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de uma determinada substância líquida, cujo calor específico é igual à metade do calor específico da água, porém de igual densidade.

1 0,5 100 25 37,5t t 1,5 min.

25 25

(F) O mergulhão gasta meio minuto para elevar, de 20 ºC até 45 ºC, a temperatura de um litro de água.

1 1 45 20 25t t 1 min.

25 25

(V) O mergulhão leva um minuto para elevar em 50 ºC a temperatura de uma determinada substância de capacidade

térmica 15 10 kcal/ºC . 1C 5 10 50 25

t t 1 min.P 25 25

Resposta da questão 37: [E]

Dados: d = 0,9 kg/L; c = 0,5 cal/(g.°C; V = 4 L; t = 12 min; = 80% = 0,8;

T = (200 – 20) = 180 °C Da expressão da densidade:

d = m

V m = d V = 0,9 (4) = 3,6 kg = 3.600 g.

Da expressão do calor sensível:

Q = m c T Q = 3.600 (0,5) (180) = 324.000 cal. O fluxo de energia útil é:

U =

Q 324.00027.000

t 12cal/min = 1.620.000 cal/h = 1.620 kcal/h;

Considerando o rendimento de 80%, temos:

=

U

T

0,8 = T

1.620 T

1.620

0,8 T = 2.025 kcal/h 2.000 kcal/h.


Dados: P = 100 W; m = 60 kg; c = 4,2 103 J/kg°C; = 5 °C.

Da expressão de potência:

3m cQ Q 60 4,2 10 5P t 12.600 s

t P P 100

12.600t h

3.600

t 3,5 h.

Resposta da questão 39: [D]

Energia absorvida pelo prego: Q mc 50x0,1x10 50cal 210JΔθ

Energia despendida pelo carpinteiro: 60

E 210 E 350J100

Energia despendida pelo carpinteiro em cada golpe: E

7,0J50

.


Dados: c = 4.200 J; T = (100 – 28) = 72 °C; Q = E = 3,6 108 J.

Da equação do calor sensível:

Q = m c T m =

8

3

Q 3,6 10

c T 4,2 10 72 m = 1.190 kg m 1,2 10

3 kg.


Dados: V = 120 L m = 120 kg; T = 30°C; c = 1 cal.g–1

.°C–1

= 4.200 J.kg–1

.°C–1

. Calculando a quantidade de calor gasta diariamente:

Q = m c T = 120 4.200 30 = 15,12 106 J.

Calculando a equivalência entre quilowatt e joule:

1 kWh = (103 W) (3.600 s) = 3,6 10

6 W.s = 3,6 10

6 J.

6

6

3,6 10 J 1 kWh

15,12 10 Q

Q =

6

6

15,12 10

3,6 10

Q = 4,2 kWh.

O gasto total com esse dispositivo em 30 dias é:

GTotal = 30 4,2 0,50 Gtotal = R$ 63,00. Resposta da questão 42:

[B]

Resolução

QA + QB + QC = 0

(m.c.T)A + (m.c.T)B + (m.c.T)C = 0

Como em todos recipientes temos o mesmo líquido:

(m.T)A +(m.T)B + (m.T)C = 0

Aplicando as informações sobre as massas:

(m.T)A +[(m/2).T)]B + [(m/4).T)]C = 0

Simplificadas as massas:

(T)A +[(1/2).T)]B + [(1/4).T)]C = 0

Considerando as informações de temperatura:

(Tf - T) + (1/2).( Tf – T/2) + (1/4).( Tf – T/4) = 0

Tf - T + Tf /2 – T/4 + Tf /4 – T/16 = 0

Tf + Tf /2 + Tf /4 = T + T/4 + T/16

4Tf/4 + 2Tf /4 + Tf /4 = 16T/16 + 4T/16 + T/16

7Tf/4 = 21T/16

Tf = 3T/4


[C]

Resolução

Em um minuto: Circulam 18 litros de água na serpentina 18 kg = 18000 g; T0 = 20C; T = 40C

Q = m.c.T = 18000.1.(40 – 20) = 360000 cal

No mesmo minuto: 12 litros de água a ser resfriada 12 kg = 12000 g; T0 = 85C; T = ?

Q = m.c.T -360000 = 12000.1.(T – 85) -30 = T – 85 T = 85 – 30 = 55C


a) Tf = 2T (1 - 1/22x2

) / [3(1 - 1/x1

)].

b) Tf = 2T/3

Resolução

A soma dos calores trocados deve ser igual a zero.

Q1 + Q2 + ... + QN = 0

(m.c.T)1 + (m.c.T)2 + ... + (m.c.T)N = 0

Como o líquido é o mesmo em todos os recipientes:

(m.T)1 + (m.T)2 + ... + (m.T)N = 0

m.(Tf – T) + (m/2).(Tf – T/2) + ...+ (m/2N-1

).(Tf – T/2N-1

) = 0

Simplificadas as massas m:

(Tf – T) + (1/2).(Tf – T/2) + ...+ (1/2N-1

).(Tf – T/2N-1

) = 0

Tf – T + (1/2).Tf – T/22 + ...+ (1/2

N-1)Tf – T/2

2N - 2 = 0

Tf.[1 + 1/2 + 1/4 +... + 1/2N-1

] = T.[1 + 1/4 + 1/16 + ... + 1/22N – 2

] = 0

Aplicando a soma dos termos de uma PG S = a1.(qN – 1)/(q – 1)

Tf.2.(1 – 1/2N) = (4T/3).(1 – 1/4

N)

Tf.(1 – 1/2N) = (2T/3).(1 – 1/4

N)

Tf = (2T/3).(1 – 1/4N)/(1 – 1/2

N)

Para N tendendo a infinito Tf = (2T/3). (1 – 0)/(1 – 0) = 2T/3

Resposta da questão 45: [E] A quantidade de calor necessária para aquecer essa massa de água é:

3 5

7 52

75

Q m c T 1 4,2 10 100 28 3 10 J.

1 kg de carvão 3 10 J 3 10 m 10 kg

3 10m kg de carvão 3 10 J

m 10 g.


[A]

Resolução

O calorímetro absorveu calor.

Q = C.T = 6.(50-20) = 180 cal

A porção de água absorveu calor.

Q = m.c.T = 80.1.(50-20) = 2400 cal

O bloco metálico cedeu calor

Q = C.T = 60.(100-50) = - 3000 cal

Note que os corpos que absorveram calor o fizeram em um total de 180 + 2400 = 2580 cal

Como o corpo que cedeu calor o fez em 3000 cal ocorreu uma perda de 3000 – 2580 = 420 cal


[E]

Resolução

Na leitura do gráfico:

Para o líquido Q = C.T 100 = Clíquido.40 Clíquido = 2,5 kJ/C

Para o metal Q = C.T 100 = Cmetal.100 Cmetal = 1 kJ/C

Na troca de calor:

Qlíquido + Qmetal = 0

2,5.(T – 10) + 1.(T – 115) = 0

2,5.T – 25 + T – 115 = 0

3,5.T – 140 = 0

T = 140/3,5 = 40C


[E]

Resolução

Q = m.c.T

Q = 0,3.450.100

Q = 13500 J


[A]

Dados: Intensidade da radiação captada, I = 800 W/m2; largura do coletor, L = 6 m; calor específico da água, c = 4.200

J/(kg.°C); massa de água, m = 1.000 kg; tempo de aquecimento, t = 1 h = 36102 s; variação de temperatura, T = 80

°C.

Quantidade de calor necessária para aquecer a água: Q = m c T = (1.000)(4.200)(80) = 336106

J.

Potência recebida: P =

64

2

Q 336 109,3 10 W.

t 36 10

Para calcular a área do coletor, basta uma simples regra de três:

Calculando o comprimento (d) do coletor: A = d L 116,25 = d(6) d 19 m. Resposta da questão 50:

[B]

Resolução

A quantidade de energia necessária é:

Q = Qaquecer a água até o ponto de ebulição + Qaquecer a chaleira

Q = m.c.Tágua + m.c.Tchaleira

Q = 2000.1.(100 – 25) + 500.0,2.(100 – 25)

Q = 150000 + 7500

Q = 157500 cal

Esta é a quantidade de gás num sistema com perfeita transferência de calor (100%). No entanto considera-se que a

perda para o meio ambiente seja de 35% e assim é necessário usar mais calor para que o percentual que efetivamente

seja usado (65%) corresponda a 157500 cal. A quantidade total a ser fornecida então será de 157500 / 0,65 = 242308

cal = 2,42.105 cal

A questão agora é se o botijão poderá fornecer esta energia.

A capacidade total do botijão é de 13 kg, mas temos apenas 1% e então 0,13 kg

A informação disponível é a de que o calor de combustão do gás é de 12000 kcal/kg. Para 0,13 kg a energia será de

12000.0,13 = 1560 kcal = 1 560 000 cal. Desta forma há energia suficiente.

A energia necessária corresponde a 2,42.105 cal = 242 kcal ou seja 242/12000 = 0,020 kg de gás ou 20 g

Resposta da questão 51: [D] Dados:

Calor específico da água: ca = 1,0 cal/g °C; Densidade da água: da = 1,0 g/cm3; Volume de água: V = 2 10

3 L = 2 10

6

cm3.

Calculemos a massa de água:

d = 6mm dV 1(2 10 )

V2 10

6 g.

Da equação do calor sensível:

Q = m c T T =

8

6

Q 1,2 10

mc 2 10 1T = 60 °C


[C]

Resolução Pela densidade do ar d = m/V 1,2 = m/8 m = 9,6 g (para um minuto)

Para 24 horas 1440 min. Isto implica numa massa igual a 13824 g

Pela equação fundamental da calorimetria: Q = m.c.T = 13824.0,24. (37-20) = 56401,92 cal = 56,4 kcal


[A]

Resolução

Na condição de equilíbrio térmico

Qágua fria + Qágua quente = 0

(m.c.T)água fria + (m.c.T)água quente = 0

8.10.1.(30 – 20) + 8.x.1.(30 – 70) = 0

80.10 + 8.x.(-40) = 0

800 – 320.x = 0

800 = 320.x

800/320 = x x = 2,5 minutos


[D]

Resolução

Com o atrito a energia do sistema seria transformada em calor. O sistema possui energia total igual a

2 2k.x 20.0,2

0,4 J 0,1 cal2 2

Esta energia é capaz de aumentar em 1 C a massa de 0,1 g de água. Resposta da questão 55:

a) A capacidade térmica de um corpo é a razão entre o calor recebido e a variação da temperatura:

QC Q C.

Por outro lado o calor específico de uma substância é a quantidade de calor que uma unidade de massa deve receber para que a sua temperatura eleve-se em uma unidade de temperatura.

Q C.

c C m.cm m.

3 0C m.c 15 10 900 13,5J / C

b) Em uma mistura feita em um recipiente adiabático a soma do calor trocado é nula.

água ferro

Q 0 mc mc 0 00,2 4200 (40 19) 0,1 450(40 ) 0 17640 1800 45 0 432 C


De acordo com Clapeyron:

p.V = n.R.T

p0.V = n.R.T0

De onde vem:

p.V - p0.V = n.R.T - n.R.T0

(p - p0).V = n.R.(T - T0)

(T - T0) = (p - p0).V/(n.R)

Pela equação fundamental da calorimetria:

Q = m.c.(T - T0)

Q = m.c.(p - p0).V/(n.R)

Q = 40.2,42.(2,46).30/(1.0,082)

Q = 8,7 × 103 cal


[E]

Resolução Pão - 82,5 kcal Hambúrguer - 292,5 kcal Batata Frita - 50.(6 kcal) = 300 kcal Água de coco - 42 kcal Sorvete - 50.(3 kcal) = 150 kcal Valor total - 82,5 + 292,5 + 300 + 42 + 150 = 867 kcal


[B]

Q = m.c.∆T

P.∆t = m.c.∆T

4200.1 = 100.4,2.(T - 23)

4200 = 420.(T - 23)

10 = T - 23

10 + 23 = T ==> T = 33°C

Resposta da questão 59: [C] Resposta da questão 60:

[B]

Na pressão de 60 cmHg,o ponto de ebulição será 93 C.

Para aquecer sem perdas serão necessários: Q = m.c.T = 200.1.(93-10) = 16600 cal Como na verdade metade (50%) da energia se perde, teremos que contar que o fogão forneça 33200 cal para que metade sejam os 16600 cal. Se o fluxo de calor é de 200 cal/s e precisamos de 33200 cal 33200/200 = 166 s Resposta da questão 61: [D] Resposta da questão 62: [C] Resposta da questão 63:

[C]

Resolução

Energia captada pelo purê e pelo prato = 80% da energia produzida pelo forno

(m.c.T)purê + (C.T)prato = 0,8.Energia = 0,8.Potência.Tempo

(m.c.T)purê + (C.T)prato = 0,8.P.t

1000.1,8.4,18.(50 – 20) + 20.4,18.(50 – 20) = 0,8.1200.t

225720 + 2508 = 960.t

228228 = 960.t t = 228228/960 = 237,7375 s = 3,96 min

Resposta da questão 64: 2 + 8 + 16 = 28 Resposta da questão 65: [D] Resposta da questão 66: [C] Resposta da questão 67:

a) Sabemos que energia

potênciatempo

, que a potência dissipada em um resistor pode ser calculada pela expressão

2VP

R e que a massa específica de uma substância vale

mm V

v , então:

Note que 3,0L de água tem 3,0kg de massa.

2 2 3 2

0

4

1

V mc 200 3 4 10 200 6020 C

R t 10 60 12 10

Mas 0

0 20 20 40 C

b) O circuito equivalente será:

Note que a resistência equivalente do circuito é R1 em paralelo com R2. Isto é:

1 2eq

1 2

R R 10 1000 1000R

R R 10 1000 101

Como 1000 20200

V R.i 200 i i 20,2A101 1000


[A]

A potência dissipada por uma resistência elétrica ligada a uma ddp V pode ser calculada pela expressão. 2 2energia V V

P energia . tt R R

Por outro lado, a energia absorvida pela água é dada pela expressão:

energia m.c.

Como a energia liberada pelo ebulidor é totalmente absorvida pela água, vem: 2 2V V . t

. t m.c. RR mc

(Eq 01)

c 4,18J / gºC 4180J / kgºC

Aplicando os valores dados à equação 01, vem: 2 2V . t 120 120

R 5,2mc 1 4180 (100 20)


[E]

Como os dois cubos recebem calor a variação de energia interna deles será positiva.

A temperatura final dos cubos depende inversamente de suas capacidades térmicas, sendo estas o produto entre a

massa e o calor específico. Como o calor específico é o mesmo para ambos os cubos a diferença se dará pela massa. Os

cubos tem o mesmo tamanho originalmente e desta forma o mesmo volume, mas possuem densidades diferentes.

Como o ouro é mais denso terá mais massa e logo maior capacidade térmica. Como o cubo A tem maior capacidade

térmica sofrerá menor variação de temperatura que B e logo terá menor temperatura final.

Resposta da questão 70: 01 + 02 + 04 = 07

01) Correto. Q

C

02) Correto. Q 3 1,5

C 0,06cal/ºC50 25

04) Correto.C 0,06

c 3cal / gºC0,02

08) Errado. A unidade correta é J/(kg.K) 16) Errado. Esses dados experimentais do cientista descrevem uma equação matemática de primeiro grau.

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