�

Resolução das atividades complementares

FísicaF5 — Calorimetria p. 8

2

1 (UFSC) Com relação aos conceitos de calor, temperatura e energia interna, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).(01) Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas.(02) Associa-se à existência de calor de qualquer corpo, pois todo corpo possui calor.(04) Calor é a energia contida em um corpo.(08) Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade

submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra.(16) Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um

forno a 160 °C, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa.

(32) Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 °C, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará.

Resolução:01. Correta. Calor é energia que se transfere de um corpo (sistema) para outro, quando existe uma

diferença de temperatura entre eles.02. Errada.04. Errada.08. Errada. Trata-se de um só corpo, logo não se aplica o conceito de calor.16. Errada. Não, pois as temperaturas são iguais.32. Correta. Sim, pois o termômetro entrará em equilíbrio térmico com a água. Sua temperatura irá

aumentar, o que significa aumento da sua energia interna.Soma 5 (01 1 32) 5 33

Soma 5 (01 1 32) 5 33

�

2 (UFPI) Ao aquecermos 200 g de água de 14,5 °C a 15,5 °C, a energia consumida, em joule, é aproximadamente de:(Dados: cágua 5 1 cal/g°C; 1 cal 5 4,18 J.)a) 48 c) 200 e) 837b) 83,7 d) 480

3 Um corpo de massa igual a 10 kg recebeu 20 kcal e sua temperatura passou de 50 °C para 100 °C.a) Qual o calor específico desse corpo?b) Qual a capacidade térmica desse corpo?

4 (EsPCEx-SP) O gráfico a seguir representa a temperatura de um bloco de ferro de massa igual a 1,5 kg e calor específico igual a 0,11 cal/g°C, em função do tempo (t).

A fonte de calor trabalha com uma potência constante e todo o calor por ela liberado é absorvido pelo bloco. Nesse caso, a potência da fonte vale:a) 297 cal/min c) 495 cal/min e) 165 cal/minb) 396 cal/min d) 660 cal/min

Resolução:Dados: m 5 200 g 5 200 ? 1023 kg; D 5 15,5 °C 2 14,5 °C 5 1,0 °C

c

kgcágua água5 5 ? 5

21 1 3

calg°C

4,18 J10 °C

4 180 Jkg

→°°C

A energia consumida é dada por:Q 5 mcD → Q 5 200 ? 1 023 ? 4 180 ? 1 → Q 5 836 J

c 5 0,04 cal/g°CC 5 400 cal/°C

Resolução:

a

m kg gQ kcal cal

i

) Dados:50

5 5

5 5

5

10 10 00020 20 000

°°C°Cf 5 100

Q 5 mc (f 2 i) → 20 000 5 10 000 ? c ? (100 2 50) → c 5 0,04 cal/g°Cb) C 5 mc → C 5 10 000 ? 0,04 → C 5 400 cal/°C

Resolução:Dados: m 5 1,5 kg 5 1 500 g; c 5 0,11 cal/g°CDo gráfico: D 5 60 2 15 5 45 °CCálculo da quantidade de calor recebida pelo bloco: Q 5 mcD → Q 5 1 500 ? 0,11 ? 45 → Q 5 7 425 calEm 25 minutos a energia é Q e a potência da fonte será:

P Q P P5D

5 5t

297 cal/min→ →7 42525

�

5 (AFA-SP) Um recipiente contendo um litro de água é colocado em contato com uma fonte de calor, de fluxo constante e igual a 5 000 cal/min, que permanece ligada durante um certo tempo. O gráfico ao lado mostra como varia a temperatura da água em função do tempo, antes e depois da fonte ser desligada.Sabendo-se que o calor específico da água é 1 cal/g°C e que sua densidade é 1 000 g/L, pode-se afirmar quea) enquanto a fonte permanece ligada, todo o calor fornecido por ela é absorvido

pela água.b) a quantidade de calor recebida pela água entre 0 e 5 minutos e a quantidade de calor perdida por ela

entre 15 e 35 minutos são iguais.c) nos primeiros 15 minutos, a quantidade de calor perdida para o ambiente é maior que a recebida pela água.d) após a fonte ser desligada a água perde para o ambiente 750 cal a cada minuto.

6 Pesquise ou consulte um nutricionista para responder:a) Qual a necessidade diária de energia (em calorias) recomendada pela OMS (Organização Mundial da

Saúde) de uma criança, um jovem e um adulto (homem e mulher).b) Elabore uma dieta para você, respeitando as normas mundiais.

p. 12

Resolução:Sendo P 5 5 000 cal/min e observando o gráfico, temos:a) Não. Qfonte 5 5 000 ? 15 → Qfonte 5 75 000 cal Qágua 5 mcD → Qágua 5 1 000 ? 1(72 2 27) → Qágua 5 45 000 cal

b) Não. Cálculo de para t 5 5 min:

72 2715 0

275 0

4515

275

27 15 4222

5 2

25 2 5 5→ → →− °C

Qágua 5 mcD → Qágua 5 1 000 ? 1(42 2 0) → Qágua 5 42 000 cal Qperdida 5 mcD → Qperdida 5 1 000 ? 1(57 2 72) → Qperdida 5 215 000 cal

c) Não. Qágua 5 45 000 cal Qperdida 5 75 000 2 45 000 5 30 000 cal

d) Sim. Qperdida/min 5 215 000 cal/20 min → Qperdida/min 5 2750 cal/min

Resposta pessoal.

�

7 (Unicamp-SP) As temperaturas nas grandes cidades são mais altas do que nas regiões vizinhas não povoadas, formando “ilhas urbanas de calor”. Uma das causas desse efeito é o calor absorvido pelas superfícies escuras, como as ruas asfaltadas e as coberturas de prédios. A substituição de materiais escuros por materiais alternativos claros reduziria esse efeito. A figura mostra a temperatura do pavimento de dois estacionamentos, um recoberto com asfalto e o outro com um material alternativo, ao longo de um dia ensolarado.a) Qual curva corresponde ao asfalto? b) Qual é a diferença máxima de temperatura entre os dois pavimentos durante o período apresentado?c) O asfalto aumenta de temperatura entre 8h00min e 13h00min. Em um pavimento asfaltado de

10 000 m2 e com uma espessura de 0,1 m, qual a quantidade de calor necessária para aquecer o asfalto nesse período? Despreze as perdas de calor. A densidade do asfalto é 2 300 kg/m3 e seu calor específico é c 5 0,75 kJ/kg°C.

H

Resolução:a) A curva A corresponde ao pavimento recoberto por asfalto, pois, de acordo com o enunciado, deve

apresentar temperaturas mais altas ao longo do período.b) A partir dos gráficos que representam as temperaturas, observa-se que a maior diferença ocorre às

12 h. A diferença, nesse instante, entre as temperaturas é: D 5 A 2 B → D 5 54 2 44 → D 5 10 °Cc) O volume de asfalto aplicado ao pavimento é dado por: volume 5 área 3 espessura → V 5 10 000 3 0,1 → V 5 1 000 m3

Como a densidade do asfalto é de 2 300 kg/m3 e massa 5 densidade 3 volume, concluímos que: m 5 2 300 3 1 000, ou seja: m 5 2,3 3 106 kg.

Uma vez que no intervalo de tempo entre 8 h e 13 h a temperatura do asfalto se eleva de 31 °C a 56 °C, a quantidade de calor necessária é de :

Q 5 mcD, logo: Q 5 2,3 ? 106 ? 0,75 ? 25 Portanto: Q . 4,3 ? 107 kJ

Curva A.10 °C

> 4,3 ? 107 kJ

�

8 (UFU-MG) Em torno de 1850, o físico James P. Joule desenvolveu um equipamento para medir equivalente mecânico em energia térmica. Esse equipamento consistia de um peso conhecido preso a uma corda, de forma que, quando o peso caía, um sistema de pás era acionado, aquecendo a água do recipiente, como mostra a figura.Joule usou um peso de massa M 5 10 kg, caindo de uma altura de 5 m, em um local onde a aceleração da gravidade valia 10 m/s2. Deixando o peso cair 5 vezes, Joule observou que a temperatura dos 400 g de água no recipiente aumentou em 1,5 °C.(Dado: calor específico da água: 1 cal/g°C.)Com base no experimento de Joule, pode-se concluir quea) 2 500 J de energia potencial transformaram-se em 600 cal de calor.b) 4,17 cal correspondem a 1 J.c) a quantidade de calor recebida pela água foi de 0,6 cal.d) energia potencial e quantidade de calor nunca podem ser comparadas.

9 (Fatec-SP) Uma torneira elétrica tem potência constante de 4,2 ? 103 W ou 1,0 ? 103 cal/s. Deseja-se elevar de 10 °C a temperatura da água que passa por essa torneira. Considerando-se o calor específico da água 1,0 cal/g°C, a massa de água que deverá passar pela torneira num segundo é, em gramas,a) 10 c) 200 e) 800b) 100 d) 400

p. 13

Resolução:a) Cálculo da energia potencial gravitacional: Ep 5 Mgh → Ep 5 10 ? 10 ? 5 → Ep 5 500 J Em 5 quedas, Ep 5 2 500 J. O calor absorvido pela água é: Q 5 mcD → Q 5 400 ? 1 ? 1,5 → Q 5 600 calb) Estabelecendo uma regra de três simples: 600 cal —— 2 500 J

x 5 0,24 cal

x —— 1 J c) Falsa.d) Falsa.Alternativa a.

Resolução:

Usando-se a expressão da potência, temos: P Qot 5

Dt

Como não ocorreu mudança de estado, vem: P mcot 5 D

Dt

Assim: 5D

5D

5??

5

m Pc

ot

t1,01,0

g/s)

g/s

1010

100

3

(

�

10 (Unifesp-SP) Avalia-se que um atleta de 60 kg, numa prova de 10 000 m rasos, desenvolve uma potência média de 300 W. (Dado: 1 cal 5 4,2 J.)a) Qual o consumo médio de calorias desse atleta, sabendo que o tempo dessa prova é de cerca de 0,50 h?b) Admita que a velocidade do atleta é constante. Qual a intensidade média da força exercida sobre o atleta

durante a corrida?

11 Um corpo de massa 2,0 kg é lançado do ponto A, conforme indicado na figura, sobre um plano horizontal, a uma velocidade de 20 m/s. A seguir, sobe uma rampa até atingir uma altura máxima de 2,0 m, no ponto B.Sabe-se que o calor gerado no processo foi todo absorvido pelo corpo e que um termômetro sensível, ligado ao corpo, acusa uma variação de temperatura de 1 °C.a) Determine o calor específico médio do material que constitui o corpo, em J/kg °C.b) Indique se a altura máxima atingida pelo corpo, caso não houvesse dissipação de energia, seria maior,

menor ou igual a 2,0 m. Justifique a sua resposta.

> 1,3 ? 105 cal

54 NResolução:a) A definição de potência é dada por: P E

t5 D

D Do enunciado: P 5 300 W

D 5 5t 12

1 800h s

Assim: 300800

1055 D D 5 ?E1

E 5,4→ J

Como 1 cal corresponde a 4,2 J: 1 cal —— 4,2 J x —— 5,4 ? 105 J → x > 1,3 ? 105 calb) A força em questão é a componente atrito da força de contato.

Com A

Assim A

o: P Et t

s °t

: 300 1

A5 DD

5D

5? D ?

D

5?

T cos 0

00 000 54 N?5

11 800

→ A

Resolução:a) Pelo princípio de conservação de energia: EmA

2 EmB → EcA

1 EpA

0 5 EcB

0 1 EpB 1 Edissipada

12

2mv mghA B dissipada5 1 E� �� ��� ��� ��12

2 20 2 10 22? 5 ? ?

400 5 40 1 Edissipada → Edissipada 5 360 J Q 5 mcD → 360 5 2c ? 1 → c 5 180 J/kg °Cb) Caso não houvesse dissipação de energia: EmA

5 EmB → EcA

5 EpB

mv

mgh hAB B

2

2400

2105 5→

hB 5 20 m Justificativa → Não havendo perda de energia, toda a energia cinética é transformada em poten-

cial, fazendo com que a altura máxima atingida seja maior.

c 5 180 J/kg °C

20 m

�

12 O módulo da velocidade das águas de um rio é de 10 m/s pouco antes de uma queda-d’água. Ao pé da queda existe um remanso, onde a velocidade das águas é praticamente nula. Observa-se que a temperatura da água no remanso é 0,1 °C maior do que antes da queda. Determine a altura da queda-d’água.(Dado: g 5 10 m/s2.)

13 O conceito de calor como uma forma de energia que flui de um corpo a outro devido a uma diferença da temperatura entre eles é recente. Pesquise os antigos conceitos de calor: o flogístico e a teoria do calórico.

14 (Uespi-PI) O material conhecido como “gelo-seco” nada mais é que dióxido de carbono (CO2) no estado sólido, que, em condições de pressão ambiente, passa diretamente ao estado gasoso. A passagem de estado físico representada por tal fenômeno é conhecida como:a) vaporização. c) condensação. e) fusão.b) ebulição. d) sublimação.

p. 21

37 mResolução:

Pelo princípio de conservação da energia:EmA

5 EmB

EcA 1 EpA

5 EcB

0 1 EpB

0 1 Edissipada

12

2mv mgh EA dissipada1 5

50m 1 10mh 5 Edissipada

Transformando as unidades: c calg kg

JkgH O2

1 103

3

5 5 5?

2°C4,2 J

10 °C4,2

°CDeterminando a altura: Edissipada 5 Q → 50 m 1 10 mh 5 mcH2OD

m (50 1 10 h) 5 mc ? 0,1 → 50 1 10 h 5 4,2 ? 103 ? 1021 → 10h 5 420 2 50 → h m5 537010

37

B

A10 m/s

h

Resposta pessoal.

Resolução:A mudança do estado sólido direto para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido, chama-se sublimação.Alternativa d.

�

15 (Mack-SP) As fases de agregação para as substâncias abaixo, quando expostas a uma temperatura de 30 °C, são, respectivamente:

Materiais Ponto de fusão (°C)(1 atm)

Ponto de ebulição (°C)(1 atm)

mercúrio 238,87 356,9

amônia 277,7 233,4

benzeno 5,5 80,1

naftaleno 80,0 217,0

a) sólido, líquido, gasoso e líquido.b) líquido, sólido, líquido e gasoso.c) líquido, gasoso, líquido e sólido.d) gasoso, líquido, gasoso e sólido.e) sólido, gasoso, líquido e gasoso.

16 (Unemat-MT) Com base nos enunciados abaixo, é correto dizer que:1 Calor sensível é o calor trocado por um sistema e que provoca, nesse sistema, apenas variação de

temperatura.2 Calor latente é o calor trocado por um sistema e que provoca, nesse sistema, apenas uma mudança de

estado físico.3 A capacidade térmica de um corpo é a relação constante entre a quantidade de calor recebida e a

correspondente variação de temperatura, sendo a equação matemática escrita na forma Q 5 mc(Tf 2 Ti).4 O calor latente de uma mudança de estado de uma substância pura mede numericamente a quantidade

de calor trocada por uma unidade de massa da substância durante aquela mudança de estado, enquanto sua temperatura permanece constante.

p. 22

Resolução:

Alternativa c.

Resolução:1. Correta.2. Correta.3. Errada. A capacidade térmica de um corpo é a relação constante entre a quantidade de calor rece-

bida e a correspondente variação de temperatura, sendo a equação matemática escrita na forma

C Qf i

5 2

.

4. Correta.

mercúrio

amônia

benzeno

naftaleno

�38,87

PF (°C)

356,9

PE (°C)

�77,7 �33,4

5,5 80,1

80,0 217,0

30 °C

líquido

30 °C

líquido

30 °C

líquido

30 °C

gasoso

�

17 Determine a quantidade de calor que se deve retirar de 50 g de vapor de água a 100 °C para que se transforme em água líquida a 100 °C. (Dado: calor latente de condensação do vapor de água Lc 5 2540 cal/g.)

18 (UMC-SP) O gráfico apresenta a temperatura de uma certa porção de água de massa igual a 500 g, inicialmente a 210 °C, em função do tempo.(Dados: calor específico do gelo: 0,5 cal/g°C; calor específico da água: 1 cal/g°C; calor de fusão do gelo: 80 cal/g.)Descreva:a) o estado físico do sistema entre 5 e 85 s;b) a quantidade de calor absorvida entre 0 e 5 s;c) a quantidade de calor absorvida entre 5 e 85 s;d) a quantidade de calor absorvida para levar a temperatura do corpo de 210 °C até 10 °C.

27 kcalResolução:O calor que devemos retirar é latente, logo:Q 5 mLc → Q 5 50 (2540)Q 5 227 000 calQ 5 227 kcalPortanto, devemos retirar 27 kcal.

Resolução:

Dados

g

:

m°C

c 0,5 cal/g°C

c 1

i

gelo

água

5

5 2

5

5

50010

,,0 cal/g°C

L /gF 5 80 cal

a) Entre os instantes 5 e 85 s, coexistem os dois estados físicos: sólido (gelo) e líquido (água), e nesse intervalo está ocorrendo a mudança de fase (fusão).

b) Calculando o calor sensível: Q 5 mcD → Q 5 500 ? 0,5 (0 2 (210)) → Q 5 2 500 calc) Calculando o calor latente: Q 5 mLF → Q 5 500 ? 80 → Q 5 40 000 cald) Determinando a quantidade de calor:

Q1 5 2 500 cal Q2 5 40 000 cal Q3 5 mcD 5 500 ? 1 (10 2 0) → Q3 5 5 000 cal Qtotal 5 Q1 1 Q2 1 Q3 → Qtotal 5 47 500 cal

a) Entre os instantes 5 e 85 s, coexistem dois estados físicos: sólido (gelo) e líquido (água).

2 500 cal40 000 cal

47 500 cal

gelo

sensível

Q1

�10 °C

gelo

latente

Q2

0 °C

água

sensível

Q3

0 °C

água

10 °C

�0

19 (Efoa-MG) O gráfico ao lado representa o resultado do monitoramento da temperatura de um metal como função do tempo durante o processo termodinâmico.Analisando o gráfico, é CORRETO afirmar que:a) o metal sofreu apenas a mudança da fase líquida para a sólida.b) o metal sofreu apenas a mudança da fase vapor para a líquida.c) ao final do processo o metal encontra-se na fase sólida.d) ao final do processo o metal encontra-se na fase líquida.e) ao final do processo o metal encontra-se na fase vapor.

20 (Furg-RS) O gráfico representa a temperatura de 10 g de um líquido, inicialmente a 0 °C, em função do calor absorvido por ele. Quais são, respectivamente, os valores do calor específico, calor de vaporização e temperatura de ebulição do líquido?

a) 0,2 calg°C

, 60 calg

°Ce 90 c) 0,5 calg°C

°C, 60 60calg

e e) 10,0 calg°C

°C, 600 60calg

e

b) 0,5 calg°C

°C, 300 90calg

e d) 5,0 calg°C

°C, 300 60calg

e

Resolução:Durante todo o processo, a temperatura diminui e há dois patamares em que a temperatura se mantém constante durante certo tempo, indicando então mudança de estado. Assim, o metal começa no estado gasoso, resfria-se até mudar para o estado líquido, resfria-se novamente e muda para o estado sólido e ainda se resfria mais um pouco.Alternativa c.

Resolução:De 0 °C a 60 °C o líquido se aquece:

Q 5 mcD → 300 5 10 ? clíq ? (60 2 0) → 300 5 10 ? 60 ? clíq → c clíqlíq 0,5 cal/g°C5 5300600

→

A 60 °C o líquido recebe calor, mas não varia a temperatura; portanto muda de estado → Tebulição 5 60 °C

Q 5 mL → (900 2 300) 5 10 ? Lvap → L Lvap vap5 560010

→ 60 cal/g

Alternativa c.

��

21 (UEM-PR) Ao nível do mar, uma pedra de gelo de massa m gramas, a 220 °C, recebeu 7 400 calorias de uma fonte quente e, após 4 minutos e 19 segundos, apresentou-se sob forma de vapor de água, a 120 °C. Assinale o que for correto.(01) A massa m é igual a 10 g.(02) A potência da fonte quente é 28,6 W.(04) Após receber 900 cal, a pedra de gelo derreteu completamente e a massa m transformou-se em água

líquida a 0 °C.(08) A massa m de água líquida a 0 °C recebeu 1 kcal para elevar sua temperatura a 100 °C.(16) A massa m de água líquida a 0 °C recebeu 5 500 cal para transformar-se completamente em vapor de

água a 100 °C.(32) A massa m de vapor de água a 100 °C recebeu 200 cal para elevar sua temperatura a 120 °C.(64) Das 7 400 cal fornecidas pela fonte quente à massa m, 1 200 cal foram utilizadas para elevar sua

temperatura de 220 °C a 120 °C e 6 200 cal foram utilizadas para mudar seu estado de gelo para água líquida e de água líquida para vapor de água.

Resolução:01. Correto.

No processo todo: Q 5 (mcD)gelo 1 (mL)fusão 1 (mcD)H2O 1 (mL)ebulição 1 (mcD)vapor

7 400 5 [m ? 0,5(0 2 (220))]gelo 1 (m ? 80)fusão 1 (m ? 1(100 2 0))H2O 1 (m ? 540)ebulição 1 1 (m ? 0,5 (120 2 100))vapor

7 400 5 (10m)gelo 1 (80m)fusão 1 (100m)H2O 1 (540m)ebulição 1 (10m)vapor

7 400 5 740m → m 5 10 g02. Errado.

P Q calot 5D

5? 1

5 5?

t/s ,27 400

4 60 197 400259

7 400 42599

J/s 120 W5

04. Correto.Até derreter completamente e virar água líquida, a pedra necessita de:Q 5 (10m)gelo 1 (80m)fusão 5 90m 5 90 ? 10 5 900 cal08. Correto.Como água líquida, a massa recebeu: Q9 5 (100m)H2O 5 100 ? 10 5 1 000 cal 5 1 kcal16. Errado.De água líquida até vapor:Q0 5 (100m)H2O 1 (540m)ebulição 5 540m 5 640 ? 10 5 6 400 cal32. Errado.Como vapor: Qvapor 5 (10m)vapor 5 10 ? 10 5 100 cal64. Correto.Para aumentar a temperatura:Qsensível 5 (10m)gelo 1 (100m)H2O 1 (10m)vapor 5 120m 5 120 ? 10 5 1 200 calPara mudar de estado:Qlatente 5 (80m)fusão 1 (540m)ebulição 5 620m 5 620 ? 10 5 6 200 cal

Soma 5 (01 1 04 1 08 1 64) 5 77

gelo�20 °C

gelo0 °C

H2O0 °C

H2O100 °C

vapor100 °C

vapor120 °C

mc�T mc�TmL mc�TmL

Soma 5 (01 1 04 1 08 1 64) 5 77

��

22 (PUC-SP) Duzentos gramas de um líquido recebem calor de uma chama constante e, após 50 segundos, verificou-se elevação de 10 °C em sua temperatura. Após iniciada a ebulição, dez gramas do líquido são evaporados nos próximos 40 segundos. A razão entre o calor latente de vaporização do líquido e o calor específico do líquido é, em °C,a) 160 c) 40 e) 4,0b) 80 d) 10

23 (FMTM-MG) A figura mostra o gráfico da temperatura de uma amostra de 1 kg de água pura em função do tempo, numa experiência em que a água é aquecida uniformemente.

Considerando o calor latente de fusão do gelo 5 333 kJ/kg e o calor latente de vaporização da água 5 2 256 kJ/kg, se a fonte utilizada tem um débito constante de 3 kW, os intervalos de tempo correspondentes aos patamares A e B são, respectivamente, iguais aa) DtA 5 1 min 11 s e DtB 5 11 min 23 sb) DtA 5 1 min 11 s e DtB 5 11 min 32 sc) DtA 5 1 min 51 s e DtB 5 12 min 23 sd) DtA 5 1 min 51 s e DtB 5 12 min 32 se) DtA 5 1 min 57 s e DtB 5 12 min 43 s

p. 23

Resolução:

5D

5 ? DQ Qt

t→

Para aumentar a temperatura:

Q1 5 mcD → ? 50 5 200c ? 10 → 52 000c

50 → 5 40c

Para sofrer ebulição:

Q2 5 mL → ? 40 5 10L → 5 510L40

→ L4

404

c L L Lc

5 5 5→ →160c 160

Resolução:Patamar A: QA 5 mLfusão 5 1 333 5 333 kJ

5D

5D

D 5 5 5 1

D 5

Qt t

t (60

t mA

A

A

→ →3 333 3333

111 51

1

s s)

iin e 51 sPatamar B: QB 5 mLvaporização 5 1 ? 2 256 5 2 256 kJ

5D

5D

D 5 5 5 1

D

Q st t

t 752 s (720

t

BB

B

→ →3 2 256 2 2563

32)

55 1 572060

32min s 12 min e 32 s

��

24 (UFMS) Em um grande recipiente de capacidade térmica desprezível, há água à temperatura de 40 °C. O volume desse líquido é aumentado misturando-se água à temperatura de 70 °C. Considerando o calor específico da água como 1,0 cal/g°C e que as trocas de calor ocorram apenas entre as partes líquidas, é correto afirmar quea) a temperatura de equilíbrio poderá ultrapassar 70 °C se o aumento de volume for muito grande.b) a temperatura de equilíbrio será de 42 °C se o aumento de volume for de 20%.c) a temperatura de equilíbrio será diferente se, em todo o experimento, for utilizado outro líquido que não

a água.d) o calor específico da água é igual a 5

9cal/g°F.

e) a temperatura de equilíbrio será de 104 °F se o aumento de volume for de 20%.

25 (Unifor-CE) Um bloco de ferro em forma de paralelepípedo, de massa 20 kg, é empurrado sobre a neve, que cobre um piso plano e horizontal. A velocidade inicial do bloco é de 24 m/s e, à medida que escorrega sobre a neve, esse valor diminui em virtude do atrito, parando 10 s após ter sido lançado. Admitindo desaceleração uniforme do bloco, e que todo o calor gerado pelo atrito entre o bloco e a neve seja gasto para fundir a neve, a quantidade de neve, em gramas, que se funde nesse percurso é igual a(Dado: calor latente de fusão da neve 5 360 J/g.)a) 24 c) 15 e) 12b) 16 d) 14

Resolução:a) Errado. A temperatura de equilíbrio estará certamente entre 40 °C e 70 °C.b) Errado. QH2O 1 QH2O 5 0 → mfriacDf 1 mquentecDq 5 0. Como d m

VdV m5 5→ , então:

dVfriacDfria 1 dVquentecDquente 5 0, dividindo-se por dc: VfriaDfria 1 VquenteDquente 5 0 V( 2 40) 1 0,2V( 2 70) 5 0 → 2 40 1 0,2 2 14 5 0

1 54 54 45,2

1,2°C 5 5 5→

c) Errado. Qualquer que seja o líquido, o resultado será o mesmo.

d) Correto. D

5D

5D

D 5

5 5

°C °F °F°F9

°F

c calg°C

ca5 9

15

95

1 1

→ →

ll

g °F

calg°F

cal/g°F?

5 595

195

59

e) Errado. A temperatura de equilíbrio não pode ser maior que 70 °C.Alternativa d.

Resolução:

E mv J

E

ci

cf

5 5?

5 ? 5

5

5 D

2 2

220 24

210 576 5 760

0Tfat cE → TT

Tfat

fat ( )5 2 5 2

5 2 5 2 2 5

0 5 760 5 7605 760 5 760

J JQ Q→ JJQ mL m m g5 5 ? 5→ →5 760 360 16

��

26 (Uespi-PI) Considere a mistura de 200 g de água pura inicialmente a uma temperatura de 40 °C, com 200 g de gelo a 0 °C, num recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível. Após decorrido um dado tempo t, onde há equilíbrio térmico, verificou-se que metade do gelo ainda flutuava na água. Sabe-se que o calor específico da água é igual a 1,0 cal/g°C, enquanto o calor latente de fusão do gelo é igual a 80 cal/g. Nestas circunstâncias qual a temperatura final da mistura no tempo t, medida em Celsius?a) 25 c) 5 e) 40b) 0 d) 20

p. 28

27 Pesquise sobre calorímetros e responda:a) Descreva sua constituição fazendo um desenho esquemático de suas partes.b) Explique seu funcionamento e como e por que o calor não escapa dele.c) Reúna-se com seus colegas e tentem construir um calorímetro e utilizá-lo nas aulas de Física.

28 (Acafe-SC) Patrícia deseja “gelar” um refrigerante que se encontra à temperatura ambiente. Para isso, dispõe de dois recipientes: um com uma certa massa de água e outro com igual massa de gelo, ambas a uma temperatura de 0 °C.Para conseguir o seu intento, da melhor forma possível, é aconselhável que Patrícia mergulhe o refrigerante:a) na água, porque o equilíbrio térmico se dará a uma temperatura menor.b) no gelo, porque ele tem maior calor específico do que a água.c) no gelo, porque inicialmente ele absorve calor e não aumenta de temperatura.d) na água, porque ela tem maior calor específico que o gelo.e) no gelo, porque ele contém menos calor que a água.

Resolução:Se foi verificado que, no equilíbrio térmico, metade do gelo ainda flutuava na água, a temperatura final deve ser 0 °C, pois é a temperatura em que é possível haver a mistura de água e gelo.Alternativa b.

Resposta pessoal.

Resolução:O gelo e a água absorvem calor do refrigerante, mas o gelo usa o calor para mudar de estado e enquanto muda de estado não aumenta a temperatura.Alternativa c.

��

29 (USF-SP) Sobre os conceitos e aplicações da Termologia, analise as afirmativas a seguir: I. Duas temperaturas que diferem de 1 grau na escala Celsius diferirão de 1 unidade na escala Kelvin. II. O valor da variação do comprimento de uma barra metálica devido ao aumento de temperatura independe

do valor de seu comprimento inicial. III. A capacidade térmica de um objeto depende apenas do tipo de substância da qual ele é constituído. IV. Misturando-se, num calorímetro ideal, 100 g de água a 80 °C e 400 g de água a 10 °C, a temperatura

final de equilíbrio térmico será de 24 °C. V. Durante o processo de fusão do gelo sob pressão constante, a temperatura da mistura água 1 gelo per-

manece constante.

VI. Ao aquecermos, sob pressão constante, uma porção de água desde 0 °C até 50 °C, observaremos que a sua densidade irá diminuir ao longo de todo o aquecimento.

Das afirmativas acima:a) apenas duas são corretas.b) apenas três são corretas.c) apenas quatro são corretas.d) todas são corretas.e) nenhuma é correta.

30 Lúcia, aluna do curso de nutrição, mistura 20 g de café a 80 °C com 80 g de leite a 20 °C. Admitindo que não há troca de calor com o recipiente e que os líquidos têm o mesmo calor específico, determine a temperatura final do sistema (café 1 leite).

Resolução: I. Correta. D °C 5 DK

II. Errada. DL 5 LoaD → depende de Lo.

III. Errada. C Q mc5D

5 → depende da substância (c) e também da massa m do objeto.

IV. Correta. QH2Ofria 1 QH2Oquente

5 0 → mfriacDfria 1 mqcDq 5 0 400c ( 2 10) 1 100c ( 2 80) 5 0 (:100c) 4( 2 10) 1 ( 2 80) 5 0 4 2 40 1 2 80 5 0 5 5 120 5 24 °C V. Correta. Durante a mudança de estado a temperatura não varia. VI. Errada. Entre 0 °C e 4 °C a água tem um comportamento anômalo, assim entre 4 °C e 50 °C ao

aquecermos a água, o volume aumenta e a densidade diminui. Mas entre 0 °C e 4 °C ao aquecer-mos a água, o volume diminui e a densidade aumenta.

Alternativa b.

Resolução:Qcafé 1 Qleite 5 0 → mccc (f 2 i) 1 m

,c

,(f 2 i) 5 0

20x (f 2 80) 1 80x (f 2 20) 5 020(f 2 80) 1 80(f 2 20) 5 020f 2 1 600 1 80f 2 1 600 5 0100f 5 3 200f 5 32 °C

32 °C

��

31 (UFJF-MG) Uma pessoa de 80 kg está com febre e a temperatura de seu corpo é de 39 °C. Uma forma de se abaixar a temperatura dessa pessoa é colocá-la em uma banheira com água, à temperatura, inicialmente, mais baixa do que a da pessoa. Admita que haja troca de calor somente entre o corpo dessa pessoa e a água da banheira, que está a 27 °C, e despreze a produção contínua de calor do corpo humano. Considere também que o calor específico do corpo humano e o da água sejam iguais, e a densidade da água seja igual a 103 kg/m3.No equilíbrio térmico, para que a temperatura da pessoa e da água seja 37 °C, o volume de água necessário será:a) 19 litros c) 20 litros e) 8 litrosb) 16 litros d) 32 litros

32 Em um recipiente, é colocado 1 litro de água (densidade 1,0 kg/,) a 20 °C. A temperatura do sistema aumenta para 35 °C após ter absorvido 21 kcal. Pergunta-se:a) Da quantidade de calor fornecida, quantas calorias foram absorvidas pela água e quantas pelo recipiente? b) Quantas calorias o recipiente absorve para cada °C de elevação de sua temperatura?c) Quantas calorias devem ser fornecidas para um aumento de 20 °C na temperatura do sistema?

Resolução:Qpessoa 1 QH2O 5 0(mcD)pessoa 1 (mcD)H2O 5 080c (37 2 39) 1 mc (37 2 27) 5 0280 ? 2 1 10m 5 010m 5 160m 5 16 kgComo m

V VOdH25 5→ 10 163

103 V 5 16 → V 5 16 ? 1023 m3 5 16 L

Qágua 5 15 000 cal e Qrecipiente 5 6 000 cal

400 cal (ou 400 cal/°C)28 000 cal

Resolução:a) Q 5 1 000 ? 1 (35 2 20) Qágua 5 15 000 cal Qágua 1 Qrec 5 21 000 cal → Qrec 5 6 000 calb) Determinando a capacidade térmica do recipiente: Q 5 CD → 6 000 5 C ? 15 → C 5 400 cal/°Cc) Para o recipiente: 400 cal → 1 °C x → 20 °C

→ x 5 8 000 cal

Para a água: Q 5 mcD

Q 5 1 000 ? 1 ? 20 5 20 000 cal Portanto, devemos fornecer 28 000 cal.

��

33 Misturam-se 200 g de água a 20 °C com 800 g de gelo a 0 °C. Admitindo-se que há troca de calor apenas entre a água e o gelo, pergunta-se:a) Qual será a temperatura final do líquido?b) Qual será a massa final do líquido?(Dados: cágua 5 1 cal/g°C; Lfusão 5 80 cal/g.)

34 (ITA-SP) Inicialmente 48 g de gelo a 0 °C são colocados num calorímetro de alumínio de 2,0 g, também a 0 °C. Em seguida, 75 g de água a 80 °C são despejados dentro do recipiente. Calcule a temperatura final do conjunto. (Dados: calor latente do gelo Lg 5 80 cal/g; calor específico da água cágua 5 1,0 cal/g°C; calor específico do alumínio cA,

5 0,22 cal/g°C.)

35 (Vunesp-SP) Um recipiente de capacidade térmica desprezível e isolado termicamente contém 25 kg de água à temperatura de 30 °C.a) Determine a massa de água a 65 °C que se deve despejar no recipiente para se obter uma mistura em

equilíbrio térmico à temperatura de 40 °C.b) Se, em vez de 40 °C, quiséssemos uma temperatura final de 20 °C, qual seria a massa de gelo a 0 °C que

deveríamos juntar aos 25 kg de água a 30 °C?Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g°C e o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g.

Resolução:a) Quantidade de calor que o gelo recebe do resfriamento da água até 0 °C: Q 5 mcD → Q 5 200 ? 1 ? 20 5 4 000 cal

Massa de gelo fundido com o calor recebido: Q mL m g5 5 5→ 4 00080

50

Como nem todo gelo fundiu-se, a temperatura permanece 0 °C.b) Massa final da água: m 5 200 1 50 5 250 g

0 °C250 g

> 17,5 °CResolução:A quantidade de calor necessária para fundir todo o gelo é: Q 5 mL → Q 5 48 ? 80 → Q 5 3 840 cal (I)A quantidade de calor que a água pode ceder, caso ocorra seu resfriamento até 0 °C, é:Q 5 mcD → Q 5 75 ? 1 (280) → Q 5 26 000 cal (II)Comparando-se I e II, conclui-se que todo gelo será fundido e a água proveniente dessa fusão será aquecida. Logo, considerando-se o sistema termicamente isolado:

mL mc

Q

mc

Q

mc

Qgelo água cal

1 D

1

1 D

1

1 D

5� ��� ��� � � 00

05Fazendo-se as devidas substituições numéricas:48 ? 80 1 48 ? 1 ( 2 0) 1 75 ? 1 ( 2 80) 1 2 ? 0,22 ( 2 0) 5 0 → > 17,5 °C

10 kg

2,5 kg

Resolução:a) Na mistura da água quente com água fria, temos: Qcedido 1 Qrecebido 5 0 → (mcD)água quente 1 (mcD)água fria 5 0

mc (40 2 65) 1 25c (40 2 30) 5 0

225 m 1 250 5 0 → 25 m 5 250 → m 5 10 kg

b) Na mistura de água com gelo fundente, temos:

Qcedido 1 Qrecebido 5 0 → (mcD)água 1 [(mLF) 1 (mcD)]gelo 5 0

25 000 ? 4,0(20 2 30) 1 m ? 320 1 m ? 4,0 (20 2 0) 5 0

21 000 000 1 320 m 1 80 m 5 0 → 400 m 5 1 000 000 → m 5 2 500 g → m 5 2,5 kg

��

36 (Mack-SP) Em uma experiência realizada ao nível do mar, forneceram-se 18 360 cal a 150 g de água a 10 °C. A massa de vapor de água a 100 °C, obtida à pressão de 1 atm, foi de:(Dados: calor específico da água líquida 5 1 cal/g°C; calor latente de vaporização da água 5 540 cal/g.)a) 9 g c) 15 g e) 21 gb) 12 g d) 18 g

37 Um bloco de gelo, de massa 10 g, é retirado de um congelador a 214 °C e colocado num calorímetro ideal, contendo 50 g de água a 26 °C. Qual será, aproximadamente, a temperatura de equilíbrio térmico?(Dados: cgelo 5 0,50 cal/g°C; cágua 5 1,0 cal/g°C; Lfusão 5 80 cal/g.)

38 (ITA-SP) Cinco gramas de carbono são queimados dentro de um calorímetro de alumínio, resultando o gás CO2. A massa do calorímetro é de 1 000 g e há 1 500 g de água dentro dele. A temperatura inicial do sistema é de 20 °C e a final, 43 °C. Despreze a pequena capacidade calorífica do carbono e do dióxido de carbono. Calcule o calor produzido (em calorias) por grama de carbono. (Dados: cA,

5 0,215 cal/g°C; cágua 5 1,00 cal/g°C.)

p. 29

Resolução:Considerando que a experiência é realizada em um sistema termicamente isolado:Qaquecimento 1 Qvaporização 5 Qfornecido

mtotalcD 1 mvapor ? L 5 Qfornecido

150 ? 1 (100 2 0) 1 mvapor ? 540 5 18 360 → mvapor 5 9 g

gelo

Q1

�14 °C

gelo

Q2

0 °C

água

Q3

0 °C

água

tF

> 7,2 °CResolução:

Dados:

m

°Cm

°C

gelo

água

5

5 2

5

5

10

1450

26

g

tg

t

i

i

Determinando a quantidade de calor cedida pela água: Q 5 mcD → Q 5 50 ? 1 (tF 2 26)Determinando a quantidade de calor recebida pelo gelo:

Q1 5 mcD → Q1 5 10 ? 0,5 ? 14 5 70 calQ2 5 m ? LF → Q2 5 10 ? 80 5 800 calQ3 ? mcD → Q3 5 10 ? 1 (tF 2 0) 5 10 ? tF

Pelo princípio de igualdade: Qcedido 1 Qrecebido 5 050(F ? 26) 1 70 1 800 1 10F 5 0 → 60 ? F 5 430 → F > 7,2 °C

7 889 cal/g

Resolução:Supondo que o calor liberado na queima de 5 g de carbono seja absorvido somente pelo calorímetro e pela água:Q 5 Qcalorímetro 1 Qágua → Q 5 mA,

CA,D 1 mH2OCH2OD

Q 5 1 000 ? 0,215 (43 2 20) 1 1 500 ? 1 (43 2 20) → Q 5 4 945 1 34 500 → Q 5 39 445 calO calor produzido por grama de carbono será:

Q Q Q

Q cal

9 5 9 5

9 55

7 889

→ 39 4455

/g

��

39 (Unifesp-SP) Uma esfera de aço de massa m 5 0,20 kg a 200 °C é colocada sobre um bloco de gelo a 0 °C, e ambos são encerrados em um recipiente termicamente isolado. Depois de algum tempo, verifica-se que parte do gelo se fundiu e o sistema atinge o equilíbrio térmico.(Dados: coeficiente de dilatação linear do aço: a 5 11 3 1026 °C21; calor específico do aço: c 5 450 J/kg°C; calor latente de fusão do gelo: L 5 3,3 3 105 J/kg.)a) Qual a redução percentual do volume da esfera em relação ao seu volume inicial?b) Supondo que todo calor perdido pela esfera tenha sido absorvido pelo gelo, qual a massa de água obtida?

40 Você já deve ter ouvido falar ou até ter visto uma TV de plasma ou de cristal líquido (LCD). Pesquise sobre o plasma, conhecido como o quarto “estado” da matéria, e também sobre o cristal líquido.

p. 33

41 (Udesc-SC) Para cada substância simples pode-se fazer um gráfico, denominado diagrama de fase, em que cada ponto corresponde a uma combinação de pressão e temperatura bem definidas. Essa combinação de pressão e temperatura determina a fase da substância. A figura mostra o diagrama de fase da água.Analisando o diagrama de fase da água, todas as alternativas estão corretas, exceto a:a) O ponto A é o ponto triplo da água.b) A água está na fase gasosa no ponto Z.c) A curva AB é a curva de vaporização.d) A água está na fase sólida no ponto X.e) O ponto B é o ponto de ebulição da água nas CNTP.

0,66%

Resolução:a) A redução percentual do volume da esfera pode ser obtida pela expressão D 5 ? DV

V,

0

em que

corresponde ao coeficiente de dilatação volumétrica do aço e é dado por 5 3 ? a. Como, no equilíbrio térmico, apenas uma parte do gelo foi fundida, conclui-se que a temperatura

de equilíbrio é 0 °C. Fazendo-se as substituições numéricas:

D 5 ? ? ? D 5 ? ?

D 5

2 2VV

VV

66 %

VV

0,66%

3 11 10 200 10 1006 4→

b) A quantidade de calor perdida pela esfera é dada por: Q 5 mcD → Q 5 0,2 ? 450 (0 2 200) → Q 5 218 000 J (em módulo Q 5 18 000 J) Essa quantidade de calor é transferida ao gelo, fundindo m kg de sua massa total. Assim, para o gelo: Q 5 mL → 18 000 5 m ? 3,3 ? 105 → m > 0,055 kg

Resposta pessoal.

Resolução:No ponto Z, temos fase líquida para a água.Alternativa b.

> 0,055 kg

�0

42 O gráfico representa o diagrama de fases de uma nova substância, desenvolvida nos laboratórios.Indique quais das informações são verdadeiras, justificando. I. Na região I, acima da curva DC, a substância encontra-

se na fase sólida. II. A uma temperatura menor que 10 °C, a substância está

sempre na fase sólida. III. A reta AB representa uma transformação isotérmica, e

o seu cruzamento com a curva tracejada representa o ponto de vaporização da substância.

IV. Qualquer ponto da curva DC, acima do ponto triplo, corresponde ao equilíbrio entre as fases líquida–sólida da substância.

43 Nas figuras estão representados os diagramas de fases de duas substâncias puras.

Indique quais das informações abaixo são verdadeiras, justificando:a) No diagrama A, se a pressão aumenta, a temperatura de fusão também aumenta.b) A substância do diagrama B pode ser encontrada na forma líquida acima de 31 °C.c) A substância do diagrama A não pode ser obtida na forma de vapor acima de 374 °C.d) A substância do diagrama B não pode ser encontrada na fase sólida acima de 20 °C.e) Para a substância do diagrama B, aumento de pressão provoca diminuição da temperatura de fusão.

Resolução:As afirmações I e IV são verdadeiras. De acordo com o diagrama de fases abaixo, temos:

Justificativas:I. Acima da curva DC a substância se encontra na fase

sólida.IV. Qualquer ponto da curva DC, compreendida entre

os pontos P (triplo) e C, está sobre a curva de fusão (equilíbrio entre as fases sólida e líquida).

curv

a de

fusã

o

p C

D

P

ttc

vapor

gás

sólidolíquido

curva de

sublim

açãocurva de vaporização

Resolução:O ponto C ou ponto crítico corresponde à temperatura crítica da substância, temperatura acima da qual a substância está na forma de gás e não mais de vapor.Alternativa c.

��

44 (Enem-MEC) Nas discussões sobre a existência de vida fora da Terra, Marte tem sido um forte candidato a hospedar vida. No entanto, há ainda uma enorme variação de critérios e considerações sobre a habitabilidade de Marte, especialmente no que diz respeito à existência ou não de água líquida. Alguns dados comparativos entre a Terra e Marte estão apresentados na tabela.

Com base nesses dados, é possível afirmar que, dentre os fatores abaixo, aquele mais adverso à existência de água líquida em Marte é suaa) grande distância ao Sol.b) massa pequena.c) aceleração da gravidade pequena.d) atmosfera rica em CO2.e) temperatura média muito baixa.

PlanetaDistância ao

Sol (km)Massa (em relação

à terrestre)Aceleração da

gravidade (m/s2)Composição da atmosfera

Temperatura média

Terra 149 milhões 1,00 9,8 Gases predominantes: Nitrogênio (N) e Oxigênio (O2)

288 K(115 °C)

Marte 228 milhões 0,18 3,7 Gás predominante: Dióxido de carbono (CO2)

218 K(255 °C)

45 (UFF-RJ) Nas cidades I e II não há tratamento de água e a população utiliza a ebulição para reduzir os riscos de contaminação.A cidade II situa-se a 3 000 m de altitude em relação à cidade I, que, por sua vez, localiza-se ao nível do mar. Relativamente a essas duas cidades, é correto afirmar que a temperatura da água em ebulição numa panela aberta:a) é menor na cidade I porque, nessa cidade, a pressão atmosférica é menor.b) é menor na cidade II porque, nessa cidade, a pressão atmosférica é maior.c) é a mesma nas cidades I e II porque a pressão atmosférica não influi no valor da temperatura de ebulição

da água.d) é maior na cidade I porque, nessa cidade, a pressão atmosférica é maior.e) é maior na cidade II porque, nessa cidade, a pressão atmosférica é menor.

p. 34

Resolução:Para valores de temperatura abaixo dos valores do ponto triplo, a substância só existe nos estados sólido ou de vapor. O ponto triplo para a água apresenta temperatura de 0,0075 °C e pressão de 0,458 cmHg. Portanto, a 255 °C, a água não poderá estar no estado líquido.Alternativa e.

Resolução:A temperatura de ebulição do líquido aumenta à medida que aumenta a pressão atmosférica sobreposta ao líquido.Alternativa d.

��

46 (UEFS-BA) Experimentos simples mostram que as temperaturas de fusão e ebulição dependem da pressão que atua sobre as substâncias. O aumento da pressão diminui a temperatura de fusão e aumenta a temperatura de ebulição. Sabe-se que a água tem ponto de ebulição 100 °C, quando está sobre pressão de 1 atm.A partir dessas informações e dos conhecimentos de hidrostática, pode-se inferir que, na cidade de Campos do Jordão, situada a 1 700 m acima do nível do mar,a) a pressão atmosférica é superior a 1 atm.b) o ponto de ebulição da água é inferior a 100 °C.c) o ponto de liquefação do vapor d’água é superior a 100 °C.d) as moléculas de água precisam de maior energia para evaporar.e) as moléculas de vapor d’água absorvem maior quantidade de calor para se liquefazer.

47 (Umesp-SP) O gráfico abaixo representa a variação da pressão atmosférica (torr) em função dos meses do ano no cume do monte Everest (8 848 m).

Sabendo-se que o aumento da pressão barométrica favorece uma maior concentração de oxigênio no ar, a estação do ano local mais favorável para uma expedição de alpinistas rumo ao cume do monte éa) primavera.b) verão.c) outono.d) inverno.e) inverno sem a presença de tempestades de neve.

Resolução:Quanto maior a altitude, menor a pressão atmosférica e menor a temperatura de ebulição do líquido.Alternativa b.

Resolução:Como o aumento da pressão barométrica favorece uma maior concentração de gás oxigênio no ar, o mês mais favorável para a expedição é junho, que no monte Everest corresponde ao verão.Alternativa b.

��

48 (Unifesp-SP) Os líquidos podem transformar-se em vapor por evaporação ou ebulição. Enquanto a evaporação é um fenômeno espontâneo, restrito à superfície do líquido e que pode ocorrer a temperatura e pressão ambientes, a ebulição ocorre em todo o líquido, sob condições de pressão e temperatura determinadas para cada líquido. Mas ambas as transformações, para se efetivarem, exigem o consumo da mesma quantidade de calor por unidade de massa transformada.a) Quando as roupas são estendidas nos varais, ou a água no piso molhado de um ambiente é puxada pelo

rodo, tem-se por objetivo apressar a secagem – transformação da água em vapor – dessas roupas ou do piso. Qual a causa comum que se busca favorecer nesses procedimentos? Justifique.

b) Avalia-se que a área da superfície da pele de uma pessoa adulta seja, em média, da ordem de 1,0 m2. Suponha que, ao sair de uma piscina, uma pessoa retenha junto à pele uma camada de água de espessura média 0,50 mm. Qual a quantidade de calor que essa camada de água consome para evaporar? Que relação tem esse cálculo com a sensação de frio que sentimos quando estamos molhados, mesmo em dias quentes? Justifique.

(Dados: densidade da água 5 1 000 kg/m3; calor latente de vaporização da água 5 2 300 kJ/kg.)

49 (Faap-SP) Recentemente, uma propaganda veiculada na TV mostrava uma senhora estendendo roupas molhadas num varal localizado próximo de uma auto-estrada. As roupas secaram rapidamente quando um carro passou em alta velocidade produzindo um forte vento.Apesar do exagero da propaganda, podemos dizer que a roupa secou porque:a) a senhora esperou muito tempo enquanto admirava a passagem do carro.b) o vento, aquecido pelo atrito com o carro, aumentou a temperatura da roupa.c) o vento diminuiu o ponto de ebulição da água.d) a roupa ganhou calor com impacto do vento sobre ela.e) o vento diminuiu a pressão de vapor sobre a roupa.

O aumento da área da superfície de evaporação acelera esse processo.

1,15 ? 106 J

Resolução:a) A evaporação é um fenômeno espontâneo restrito à superfície do líquido, assim o aumento da área da superfície de evaporação acelera o processo.b) V 5 Ah 5 1 ? 0,5 ? 1023 5 5 ? 1024 m3

d mV

m m5 5?

5 ? 52

2→ →105 10

5 1034

1 0,5 kg

Q 5 mL 5 0,5 ? 2 300 → Q 5 1 150 kJ 5 1,15 ? 103 kJ → Q 5 1,15 ? 106 J O calor necessário para evaporar a água vem do nosso corpo. Como nós perdemos esse calor,

temos a sensação de frio.

Resolução:A velocidade da evaporação é inversamente proporcional à pressão atmosférica. Assim, o vento diminui a pressão sobre a roupa aumentando a velocidade de evaporação.Alternativa e.

��

50 São muitas as situações em que estão envolvidos os conceitos de trocas de calor e propagação de calor. Pesquise e discuta com seus colegas como os conceitos citados se relacionam com:• estufa de flores;• aquecedores solares;• efeito estufa;• geladeiras;• iglus.

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51 Nas garrafas térmicas, usa-se uma parede dupla de vidro. As paredes são espelhadas e entre elas há vácuo. Entre as afirmativas a seguir, justifique a que você julga correta.a) O vácuo entre as paredes evita perdas de calor por radiação.b) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por condução.c) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por radiação.d) O vácuo entre as paredes acelera o processo de convecção.e) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por convecção.

52 (UFRGS-RS) A cada uma das situações descritas (coluna da direita) associe o principal processo de transferência de energia (coluna da esquerda) envolvido.(1) condução ( ) defronte de uma lareira acesa(2) convecção ( ) no interior de um líquido em aquecimento(3) radiaçãoA relação numérica, de cima para baixo, da coluna da direita que estabelece a seqüência de associações corretas é:a) 1 – 2 c) 2 – 1 e) 3 – 2b) 1 – 3 d) 2 – 3

Resposta pessoal.

Resolução:O vácuo entre as paredes de vidro evita a transmissão de calor por condução e convecção. Para minimizar as perdas por irradiação, as paredes são espelhadas, de modo que a radiação infravermelha sofra sucessivas reflexões no interior da garrafa.Alternativa c.

Resolução:Corpos com temperatura elevada emitem energia radiante. Assim, defronte da lareira acesa ocorre radiação.A convecção é um processo característico do aquecimento nos líquidos e nos gases.Alternativa e.

��

54 Durante o dia, a temperatura no deserto é muito elevada e, durante a noite, sofre uma grande redução.Esse fenômeno ocorre porque a areia tem01) calor específico muito pequeno.02) capacidade térmica muito grande.03) massa específica muito pequena.04) coeficiente de dilatação muito pequeno.05) coeficiente de condutividade térmica muito grande.

55 (Faap-SP) Uma casa tem 5 janelas, tendo cada uma vidro de 1,5 m2 de área e 3 ? 1023 m de espessura. A temperatura externa é de 25 °C e a interna é mantida a 20 °C, através da queima de carvão. Qual a massa de carvão consumida no período de 12 horas para repor o calor perdido apenas pelas janelas?(Dados: condutividade térmica do vidro 5 0,72 cal/h ? m ? °C; calor de combustão do carvão 5 6 ? 103 cal/g.)

53 (Unitau-SP) Se você tivesse de entrar num forno quente, preferiria ir: a) nu.b) envolto em uma roupa de seda.c) envolto em uma roupa de lã.d) envolto em uma roupa de lã recoberta com alumínio.e) envolto em uma roupa de linho preto.

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Resolução:Quanto menor o calor específico, mais rápido é o aquecimento ou o resfriamento de uma substância.Alternativa 01.

Resolução:Dados:

S

e m k

5 ? 5 2 5 2 2 5

5 ? 52

1,5 7,5 m ) °C

0

25 20 5 25

3 10

2 1

3

(

,,72 calh °Cm

x h C Qm

calg

kS

?

5 5 5 ?

5

12 6 103

( 2 5

? ?

?5

5 ? 5

22 1

325

345 000

4

)e

Q

0,72 7,510

calh

x 55 10 12 540 10540 106 10

90

3 3

3

3

? ? 5 ?

5 5?

?5

cal

m QC

g

90 g

Resolução:A roupa de lã é isolante térmico e o papel-alumínio produz reflexão da radiação incidente.Alternativa d.

��

57 (Cesupe-PE) Em um experimento para o estudo dos mecanismos de controle de temperatura do corpo humano, um indivíduo foi mantido em repouso em um ambiente com temperatura inicial de 40 °C, que foi gradativamente baixada até 16 °C. As trocas de calor que ocorrem entre o corpo do homem e o ambiente, por evaporação (EVAP) e por radiação (RAD), foram medidas e estão representadas no gráfico ao lado, em unidades de quilocaloria por hora (kcal/h). Os fluxos de calor com valores positivos representam calor transferido do meio para o homem e aqueles com valores negativos representam fluxo de calor transferido do homem para o ambiente. É mostrada também a taxa de geração de calor pelo metabolismo do homem. O valor da soma das três curvas citadas é representado na curva S, ou seja, ela indica a taxa com que aumenta ou diminui a energia interna do corpo do homem.Tendo como base as curvas do gráfico acima, analise as afirmativas abaixo: I. Abaixo de 30 °C a temperatura interna do corpo do homem aumentou para compensar o ambiente mais frio. II. A pele do homem estava na mesma temperatura do ambiente quando esta era de aproximadamente 35 °C. III. Em temperaturas acima de 35 °C o corpo do homem irradiou calor para o ambiente. IV. Em temperaturas muito altas o método mais eficiente de liberação de calor é pela evaporação da transpiração.Estão corretas apenas as alternativas:a) I e II c) II e IVb) I e III d) III e IV

56 (PUCCamp-SP) Uma estufa está à temperatura de 40 °C, quando no exterior a temperatura é de 0 °C. As paredes da estufa são constituídas de placas de vidro de espessura de 2 mm e área de 2 500 cm2. Qual o calor transmitido em cada segundo através da placa de vidro? (Dado: coeficiente de condutibilidade térmica do vidro 5 0,0015 cal/s ? cm ? °C.)

Resolução: I. Errada. A curva S representa a taxa com que varia a energia interna do corpo do homem e

conseqüentemente sua temperatura. Abaixo dos 30 °C, a energia interna do homem diminui. II. Correta. A curva de radiação marca fluxo nulo para aproximadamente 35 °C, o que indica que o

homem não irradia calor para o meio e também não o recebe, por radiação, do meio. III. Errada. Acima dos 35 °C o fluxo de calor da curva RAD é positivo, o que representa calor transfe-

rido do meio para o homem, ou seja, o homem recebe calor irradiado pelo meio. IV. Correta. Em temperaturas próximas de 10 °C o maior fluxo de calor do homem para o meio (ne-

gativo) é o da curva de evaporação.Alternativa c.

Resolução:Dados:

2 5

5 5

5

52 1

2

4022 500

°Ce 0,2 cmS

0,0015mm

cm

k

ccals °C

( ) 0,00152

? ?

5

5 2

5?

cmx s

kSe

1

2 501

00 40

750 1 750

?5

5 ? 5 ? 5

0,2750 cal

sQ x cal

750 cal

��

58 (UFMG) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizada em sistemas de aquecimento de água.Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor de energia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reservatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostrado nesta figura:

No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligados por vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra no coletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção.Assinale a alternativa em que estão corretamente representados o sentido da circulação da água e a forma mais eficiente para se aquecer toda a água do reservatório.

a)

b)

c)

d)

reservatório

coletor de energia solar

Resolução:O reservatório está acima do coletor, assim a água fria do reservatório é conduzida até a parte mais baixa do coletor, onde é aquecida, ficando menos densa e subindo novamente ao reservatório.Alternativa d.