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CIEP 386 – Guilherme da Silveira Filho 1ºBim 2014 - Exercícios de Recuperação Física

Térmica - Prof.: Rangel

Termometria

01 - No Rio de Janeiro, a temperatura ambiente chegou a atingir, no verão de 1998, o valor de 49 °C. Qual seria o valor dessa temperatura, se lida num termômetro na escala Kelvin?

02 - A temperatura média do corpo humano é 36 °C. Determine o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit.

03 – Lê-se no jornal que a temperatura em certa cidade da Russia atingiu, no inverno, o valor de 14 ºF. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius?

04 - Um termômetro graduado na escala Fahrenheit, acusou, para a temperatura ambiente em um bairro de Belo Horizonte, 64 ºF. Expresse essa temperatura na escala Celsius.

05 - Dois termômetros graduados, um na escala Fahrenheit e outro na escala Celsius, registram o mesmo valor numérico para a temperatura quando mergulhados num líquido. Determine a temperatura desse líquido.

06 - Um corpo se encontra à temperatura de 27 °C. Determine o valor dessa temperatura na escala Kelvin.

07 - Um doente está com febre de 42 °C. Qual sua temperatura expressa na escala Kelvin?

08 - Uma pessoa tirou sua temperatura com um termômetro graduado na escala Kelvin e encontrou 312 K. Qual o valor de sua temperatura na escala Celsius?

09 - Um gás solidifica-se na temperatura de 25 K. Qual o valor desse ponto de solidificação na escala Celsius?

10 . O álcool etílico tem ponto de congelamento de -39°C sob Pressão normal. Determine essa temperatura na escala Kelvin. Fahrenheit? 11. Suponhamos duas pessoas A e B. A mantém a mão em água quente e B em água fria. Se ambas colocarem a mão em água morna então: a) a terá a sensação de frio e B de quente. b) ambas terão sensação de frio. c) ambas terão sensação de morna. d) a terá sensação de quente e B de frio. e) ambas terão sensação de quente. 12. Um observador toca um corpo e afirma que sua temperatura é exatamente 30º C. Então: a) o observador obteve uma conclusão exata. b) o observador tem uma sensibilidade de calor muito alta. c) deve-se verificar a precisão desta afirmação com um termômetro. d) um outro observador tocando o mesmo corpo provavelmente chegará a uma conclusão diferente. e) há mais de uma afirmação correta entre as anteriores.

13. Para se avaliar a temperatura de um corpo pode-se utilizar: a) a variação do comprimento de uma barra. b) a variação do volume de um líquido. c) a variação da pressão de um gás. d) a variação da resistência elétrica de um condutor. e) todas as respostas anteriores estão corretas. 14. Se dois corpos estão em equilíbrio térmico entre si, então: a) suas grandezas termométricas tem igual valor. b) suas temperaturas tem o mesmo valor. c) a energia potencial dos dois corpos é a mesma. d) um dos corpos é necessariamente um termômetro. e) nenhuma das anteriores. 15. Se um sistema está em equilíbrio térmico, então todos os corpos que o constituem têm: a) a mesma massa; b) mesma densidade;

c) mesmo volume; d) mesma temperatura; e) mesma quantidade de calor; 16. Assinale a opção em que estão ordenadas em ordem crescente as temperaturas: 1) da chama do gás de cozinha 2) do corpo humano 3) do óleo em que batatas estão sendo fritas 4) da água fervendo 5) da água de um oceano a) 2 5 3 4 1 b) 5 2 4 3 1 c) 5 2 4 1 3 d) 2 5 3 1 4 e) 2 5 1 4 3

17. Duas vasilhas, contendo água, são mantidas em cidades A e B à mesma temperatura. Sabe-se que em A a água está fervendo, mas em B a água não está fervendo. Pode-se afirmar que: a) é impossível o fenômeno descrito. b) a altitude de A é maior que a de B. c) a altitude de B é maior que a de A. d) a temperatura ambiente em A é maior que em B. e) nenhuma resposta é satisfatória. 18. A temperatura de um corpo exprime: a) energia térmica do corpo; b) a quantidade de calor que o corpo tem; c) o estado térmico do corpo; d) o calor do corpo;

19. O termômetro clínico comum é: a) um termômetro de máxima e mínima; b) apenas de mínima; c) apenas de máxima; d) de lâmina bimetálica; 20. Para esterilizar um termômetro clínico, devemos fervê-lo em água durante: a) menos de 10 minutos; b) mais de 10 minutos; c) um tempo necessário para destruir os germes que se fixam no bulbo do termômetro; d) não devemos ferver um termômetro clínico;

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2 : CALORIMETRIA: MUDANÇAS DE TEMPERATURA 1. INTRODUÇÃO Quando um corpo recebe ou cede calor, ocorre uma transformação: variação de temperatura ou mudança de estado físico. No primeiro caso, dizemos que se trata de calor sensível e, no segundo, calor latente.

A energia transferida entre corpos de diferentes temperaturas, chama-se CALOR .

A transferência de calor de um corpo para outro ocorre até que os dois atinjam a mesma temperatura, ou seja, entrem em equilíbrio térmico.

CALOR - Ludwig Boltzmann (1844 - 1906)

Se colocamos em contato um corpo quente e outro frio, eles, depois de algum tempo, atingem uma mesma temperatura de valor intermediário entre suas temperaturas iniciais. Durante esse processo, ocorre uma passagem de calor do corpo mais quente para o mais frio. Que transformações o fluxo de calor provoca no interior de cada corpo? Do ponto de vista microscópico, ou seja, a nível molecular, o que é o calor?

Já vimos que a temperatura é uma medida da vibração das moléculas. Quando os dois corpos são postos em contato, dá-se o encontro, na superfície que os separa, das moléculas velozes do corpo quente com as moléculas lentas do corpo frio.

Em decorrência dos choques, as moléculas rápidas perdem velocidade e as lentas ficam mais velozes. Com o passar do tempo, esse processo se estende também para o interior de ambos os corpos, até que os dois diferentes tipos de molécula fiquem, em média, com a mesma energia cinética. No final do processo, as moléculas do corpo frio apresentam mais energia cinética do que tinham de início; com as moléculas do corpo quente, ocorre o contrário. No conjunto, há uma passagem de energia do corpo quente para o corpo frio.

O calor é, portanto, uma transferência de energia entre dois corpos que inicialmente apresentam temperaturas diferentes.

Unidades de calor

O calor deve ser medido em unidades de energia, que, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o joule (J). Há outra

unidade de calor, a caloria (cal), que é a quantidade de calor necessária para aumentar em um grau (nas escalas Celsius ou Kelvin) a temperatura de um grama de água. A equivalência entre joule e caloria é:

x 4,18

x 0,24

2. CAPACIDADE TÉRMICA E CALOR ESPECÍFICO Definimos capacidade térmica ou capacidade calorífica C de um corpo como sendo a quantidade de calor necessária por unidade de variação de temperatura do corpo: A capacidade térmica C é uma característica do corpo e não

da substância. Assim, diferentes blocos de chumbo têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem de mesma substância (chumbo). Da definição de capacidade térmica podemos obter as suas unidades de medida:

Quando considerarmos a capacidade térmica da unidade de massa temos o calor específico c da substância considerada: Calor específico c é uma característica da substância e não do

corpo. Assim, cada substância tem o seu calor específico, diferente blocos de chumbo têm o mesmo calor específico, pois são de mesma substância. As unidades mais usadas de calor específico são:

sendo que 1 cal eqüivale a aproximadamente 4,18 J. Na tabela seguinte apresentamos valores do calor específico de algumas substâncias.

cal J

1 J = 0,24 cal ou 1 cal = 4,18 J

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Substância Calor Específico (cal/g.°C)

água 1

álcool 0,58

alumínio 0,219

chumbo 0,031

cobre 0,093

ferro 0,11

gelo 0,55

mercúrio 0,033

prata 0,056

vidro 0,2

3. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo, em função da variação de temperatura, pode ser expressa da seguinte forma: 4. PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA Se vários corpos, no interior de um recipiente isolado termicamente, trocam calor, os de maior temperatura cedem calor aos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. A soma algébrica dos calores trocados é igual a zero: Se o calor recebido é Qr e o calor cedido é Qc , temos

O Outro Efeito Produzido pelo Calor – Mudança de Estado Físico:

Quando um corpo recebe calor, suas moléculas se movem com maior intensidade, aumentando a separação entre elas, isto é, aumenta seu comprimento, sua superfície ou seu volume, conforme as dimensões que nos fixarmos. Esse efeito chama-se dilatação térmica. A contração térmica, ao contrário da dilatação, se produz com a perda de calor. Sob a ação de calor constante, o corpo passará do estado sólido ao líquido e deste para o de vapor, tal como ocorre com a água. Os fenômenos de passagem de um estado a outro recebem o nome de mudanças de estado. Para que uma substância passe de sólida a líquida (fusão), de

líquida a vapor (vaporização) ou de sólida a vapor (sublimação) é necessária à absorção de calor, portanto são processos endotérmicos. Os fenômenos contrários, que se produzem com a perda de calor, são a passagem de vapor a líquido (condensação ou liquefação), de vapor a sólido (sublimação) e de líquido a sólido (solidificação), e são denominados processos exotérmicos.

Neste gráfico, encontramos várias mudanças de estado

Calor Latente

Quando uma substância está mudando de estado, ela absorve ou perde calor sem que sua temperatura varie. A quantidade de calor absorvida ou perdida é chamada calor latente.

Onde :

Q = quantidade de calor latente (cal)

m = massa (g)

L = calor latente da substância (cal/g)

Obs. : - o calor latente depende da substância que constitui o corpo e do estado físico em que o corpo se encontra. Para a substância calorimétrica mais importante, temos:

Q = m.L

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Mudança

Estado

Físico

Calor Latente (cal/g)

fusão Lf = 80 cal / g

solidificação Ls = - 80 cal / g

vaporização Lv = 540 cal / g

condensação Lc = - 540 cal / g

Exercícios :

01 - Calcule a quantidade de calor necessária para transformar 300 g de gelo a 0 °C em água a 0 °C, sabendo que o calor latente de fusão da água é LF = 80 cal/g.

02 - Determine a quantidade de calor que se deve fornecer para transformar 70 g de água a 100 °C em vapor de água a 100 ° C. Dado: calor latente de vaporização da água igual a LV = 540 cal/g.

03 - Uma substância de massa 200 g absorve 5000 cal durante a sua ebulição. Calcule o calor latente de vaporização.

04 - Onde se demora mais para cozinhar feijão: numa panela aberta no Rio de Janeiro (nível do mar) ou em La Paz (4.000 m de altitude).

05 - Para esfriar um refrigerante, você usaria gelo a 0 °C ou água a 0 °C ?

06 . Calor é: a) uma função da temperatura do corpo. b) energia térmica contida em um corpo. c) energia em trânsito entre dois corpos motivada por uma diferença de temperatura. d) uma grandeza sem definição. 07. Se um sistema está em equilíbrio térmico, então todos os corpos que o constituem têm: a) mesma massa. b) mesmo calor específico. c) mesma quantidade de calor. d) mesma temperatura. 08. Para aquecer 10 g de água de 10 a 25º C é necessário fornecer 150 cal. Para resfriar essa mesma quantidade de água de 25 a 10º C deve-se retirar: a) 120 cal b) 180 cal c) 150 cal d) não há resfriamento. 09. Associar: Processo de obtenção de sal em salinas, utilizando-se a água do mar e o Sol. a) ebulição. b) evaporação. c) sublimação. d) calefação. e) liquefação. 10- Uma panela de pressão cozinha um alimento mais rapidamente porque: a) se fornece mais calor a ela. b) tem condutividade térmica maior. c) a temperatura de ebulição da água aumenta com a pressão. d) tem capacidade térmica maior.

11- Um vidro de éter esvazia-se , porque o éter sofre: a) evaporação; b) sublimação; c) ebulição; d) calefação; 12. Ao bebermos água gelada, notamos que o corpo "sua", ficando com a parte externa molhada. Isto acontece porque: a) a água atravessa as paredes do copo e molha a parte externa; b) o vapor d'água existente no ar se condensa ao encontrar as paredes do corpo; c) em geral, ao se colocar água no copo, deixa-se molhar a parte externa; d) o vidro do copo perde umidade. 13. (UFRGS) Um corpo de 2 kg de massa recebe 8000 J de calor e sofre uma variação de temperatura de 100ºC. O valor do calor específico desse corpo, em J / kg ºC, é (A) 40 (B) 80 (C) 160 (D) 4 . 105

(E) 8 . 10³

14. Um cliente num restaurante solicita ao garçom dois refrigerantes idênticos, porém um “gelado” e outro “sem gelo”. O “gelado” estava a 5 °C e o “sem gelo” a 35 °C . Quando o cliente misturou 1/3 de copo do refrigerante “gelado” com refrigerante “sem gelo” , preenchendo-o todo , ele obteve refrigerante a : (Despreze a capacidade térmica do copo e as perdas de calor). (A) 13,3 °C (B) 17,5 °C (C) 20 °C (D) 25 °C (E) 30 ºC 15. Calor latente: a) produz variação de temperatura; b) produz mudança de estado; c) não produz variação de energia interna; d) serve para esquentar um corpo; 16. Entendemos por calor específico, como sendo: a) a quantidade de calor necessária para ferver um ovo; b) a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 100 º C; c) a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água de 1 º C; d) a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água de 1 º F; 17. Uma pessoa bebe 500 g de água a 10 °C. Admitindo que a temperatura dessa pessoa é de 36 °C, qual a quantidade de calor que essa pessoa transfere para a água? O calor específico da água é 1 cal/ g. °C. 18. Determine a quantidade de calor que 200 g de água deve perder para que sua temperatura diminua de 30 °C para 15 °C. O calor específico da água é 1 cal/ g. °C.

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19. Qual a quantidade de calor que 50 g de gelo a –20 °C precisa receber para se transformar em água a 40 °C? Dado: c(gelo) = 0,5 cal/g. °C c(água) = 1 cal/g. ºC; Lfusão = 80 cal/g. 20- Têm-se 20 g de gelo a –10 °C. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em água a 20 °C?

Dado: c(gelo) = 0,5 cal/g. °C c(água) = 1 cal/g. °C Lfusão = 80 cal/g. 21. O gráfico abaixo representa a temperatura de uma amostra de 100g de determinado metal, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve. Pede-se: a) a temperatura de fusão do metal; b) o calor latente de fusão do metal.

22. O gráfico abaixo mostra a temperatura de um pedaço de gelo, inicialmente a - 10 ºC, que está sendo aquecido. Comente o que está ocorrendo nas diferentes posições.