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Calorimetria – Sensível, latente e potência (sem equilíbrio térmico)

1. (G1 - cps 2015) Um dos materiais que a artista Gilda Prieto utiliza em suas esculturas é o

bronze. Esse material apresenta calor específico igual a 0,09cal / (g C), ou seja, necessita-se

de 0,09 caloria para se elevar em 1 grau Celsius a temperatura de 1 grama de bronze.

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

aumente sua temperatura em 2 C, deve absorver uma quantidade de calor, em calorias, igual

a a) 6. b) 18. c) 27. d) 36. e) 54. 2. (Uern 2015) Um corpo constituído por uma substância cujo calor específico é 0,25cal / g C

absorve de uma fonte térmica 5.000cal. Sendo a massa do corpo igual a 125g e sua

temperatura inicial de 20 C, então a temperatura atingida no final do aquecimento é de

a) 150 C. b) 180 C. c) 210 C. d) 250 C.


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

a 70 C.

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

a) 10,6

b) 23,5

c) 0,094

d) 0,047

e) 0,067

4. (Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência

é constante e igual a 100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa

fonte. Observe no gráfico a variação de temperatura do corpo em função do tempo.

\ Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 5. (Ueg 2015) A mudança do estado físico de determinada substância pode ser avaliada em

função da variação da temperatura em relação ao tempo, conforme o gráfico a seguir.

Considere que a 0 C o composto encontra-se no estado sólido.

No gráfico, encontra-se a substância no estado líquido nos pontos a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e IV d) I, III e V


6. (Cefet MG 2015) Um material possui calor específico igual a 1,0J kg C quando está no

estado sólido e 2,5 J kg C quando está no estado líquido. Um sistema composto por 0,10 kg

desse material recebe energia de forma que sua temperatura varia segundo o gráfico da figura.

A razão entre 1Q e 2Q é

a) 1 3.

b) 1 5.

c) 1 6.

d) 1 8.

e) 1 16.

7. (G1 - ifba 2014) Praticamente toda energia que usamos na Terra provém direta ou

indiretamente do Sol na forma de luz. A energia incidente em uma área de 21m , durante 1h,

chega a 65 10 joules. Se transformássemos toda essa energia em calor, quantos litros de

água, aproximadamente, poderiam ser aquecidos de 30 C para 78 C?

Considere:

- o calor específico da água igual a 4,2J / g. C.

- a densidade da água de 1g / ml.

a) 10,2

b) 12,6

c) 24,8

d) 50,4

e) 72,1

8. (Ucs 2014) Assumindo que o calor específico da água vale 1cal / g C, considere que 100 g

de água a 60 C foram depositadas em uma cuia de chimarrão que já possuía erva-mate e

bomba. Suponha que após um rápido intervalo de tempo a água transmitiu 100 calorias para a bomba, 100 calorias para a erva e 30 calorias para a cuia. Qual a temperatura da água no instante exato após terem ocorrido essas transmissões de calor? Para fins de simplificação, ignore qualquer outro evento de perda de energia interna da água que não esteja entre os citados acima. a) 57,7 °C b) 52,3 °C c) 45,0 °C d) 28,2 °C e) 23 °C


9. (Uerj 2013) Uma pessoa, com temperatura corporal igual a 36,7°C, bebe 1

2 litro de água a

15°C. Admitindo que a temperatura do corpo não se altere até que o sistema atinja o equilíbrio térmico, determine a quantidade de calor, em calorias, que a água ingerida absorve do corpo dessa pessoa.

Utilize: Calor específico da água = 1,0 cal g C; Massa específica da água = 1 g/cm3.

10. (Uern 2013) Para se aquecer um corpo constituído por uma substância de calor específico

0,4 cal/g °C foi utilizado uma fonte térmica que fornece 120 cal/min. Se, no aquecimento, o corpo sofreu um aumento de 50 °C em sua temperatura num intervalo de 15 minutos, então, a massa desse corpo e de a) 60 g. b) 80 g. c) 90 g. d) 180 g. 11. (Uern 2013) Ao trocar calor com o meio ambiente, um corpo de massa 0,5 kg teve sua temperatura reduzida para 20°C, sem sofrer mudança no seu estado físico. Sendo o calor específico da substância que constitui esse corpo igual a 0,175 cal/g °C e a quantidade total de calor transferida igual a 4.900 cal, então, a temperatura inicial do corpo no início do processo era de a) 72°C. b) 76°C. c) 80°C. d) 84°C. 12. (Unesp 2013) Determinada substância pura encontra-se inicialmente, quando t = 0 s, no

estado sólido, a 20 °C, e recebe calor a uma taxa constante. O gráfico representa apenas parte da curva de aquecimento dessa substância, pois, devido a um defeito de impressão, ele foi interrompido no instante 40 s, durante a fusão da substância, e voltou a ser desenhado a partir de certo instante posterior ao término da fusão, quando a substância encontrava-se totalmente no estado líquido.

Sabendo-se que a massa da substância é de 100 g e que seu calor específico na fase sólida é igual a 0,03 cal/(g.°C), calcule a quantidade de calor necessária para aquecê-la desde 20 °C até a temperatura em que se inicia sua fusão, e determine o instante em que se encerra a fusão da substância. 13. (Pucrj 2013) Um líquido é aquecido através de uma fonte térmica que provê 50,0 cal por

minuto. Observa-se que 200 g deste líquido se aquecem de 20,0 °C em 20,0 min. Qual é o calor específico do líquido, medido em cal/(g °C)? a) 0,0125 b) 0,25 c) 5,0 d) 2,5 e) 4,0


14. (Pucrj 2013) Três cubos de gelo de 10,0 g, todos eles a 0,0 °C, são colocados dentro de

um copo vazio e expostos ao sol até derreterem completamente, ainda a 0,0 °C. Calcule a quantidade total de calor requerida para isto ocorrer, em calorias.

Considere o calor latente de fusão do gelo LF = 80 cal/g

a) 3,7 10–1

b) 2,7 10

1

c) 1,1 102

d) 8,0 102

e) 2,4 103

15. (Ufpr 2013) O gráfico abaixo, obtido experimentalmente, mostra a curva de aquecimento que relaciona a temperatura de uma certa massa de um líquido em função da quantidade de calor a ele fornecido.

Sabemos que, por meio de gráficos desse tipo, é possível obter os valores do calor específico e do calor latente das substâncias estudadas. Assinale a alternativa que fornece corretamente o intervalo em que se pode obter o valor do calor latente de vaporização desse líquido. a) AB. b) BD. c) DE. d) CD. e) EF. 16. (Uepg 2013) O gráfico abaixo mostra a evolução da temperatura de um corpo de massa m,

constituído por uma substância pura, em função da quantidade de calor que lhe é fornecida. Com base nas informações desse gráfico, assinale o que for correto.

01) Em T 20 C e T 80 C o corpo sofre mudanças de fases.

02) A quantidade de calor cedido ao corpo enquanto a sua temperatura variou entre 20 C e

80 C é denominado calor sensível.

04) Em T 0 C o corpo se encontra na fase sólida.

08) O calor cedido ao corpo durante as mudanças de fase é denominado calor latente.


17. (Unifesp 2013) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um

corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100g.

Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine: a) o calor específico do corpo, em cal/(g°C), na fase sólida e na fase líquida. b) a temperatura de fusão, em °C, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo. 18. (Uerj 2012) Um copo contendo 200 g de água é colocado no interior de um forno de micro-ondas. Quando o aparelho é ligado, a energia é absorvida pela água a uma taxa de 120 cal/s. Sabendo que o calor específico da água é igual a 1 cal

.g

-1.°C

-1, calcule a variação de

temperatura da água após 1 minuto de funcionamento do forno. 19. (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


20. (Ufrgs 2012) O gráfico a seguir representa o calor absorvido por unidade de massa, Q/m,

em função das variações de temperatura T para as substâncias ar, água e álcool, que recebem calor em processos em que a pressão é mantida constante.

(Considere que os valores de calor específico do ar, do álcool e da água são, respectivamente, 1,0 kJ/kg.°C, 2,5 kJ/kg.°C e 4,2 kJ/kg.°C.) Com base nesses dados, é correto afirmar que as linhas do gráfico identificadas pelas letras X, Y e Z, representam, respectivamente, a) o ar, o álcool e a água. b) o ar, a água e o álcool. c) a água, o ar e o álcool. d) a água, o álcool e o ar. e) o álcool, a água e o ar. 21. (Uern 2012) Um corpo constituído por uma substância de calor específico 840 J/kg°C e aquecido por uma fonte térmica e apresenta variação de temperatura conforme o gráfico.

Se o corpo tem massa igual a 250 g, então a quantidade de calor fornecida pela fonte a cada minuto é (Considerar: 1cal = 4,2 Joules) a) 75 cal. b) 25 cal. c) 50 cal. d) 42 cal.


22. (Uerj 2012) Considere X e Y dois corpos homogêneos, constituídos por substâncias

distintas, cujas massas correspondem, respectivamente, a 20 g e 10 g. O gráfico abaixo mostra as variações da temperatura desses corpos em função do calor absorvido por eles durante um processo de aquecimento.

Determine as capacidades térmicas de X e Y e, também, os calores específicos das substâncias que os constituem. 23. (G1 - ifpe 2012) Uma amostra de determinada substância com massa 30 g encontra-se

inicialmente no estado liquido, a 60°C. Está representada pelo gráfico abaixo a temperatura dessa substância em função da quantidade de calor por ela cedida. Analisando esse gráfico, é correto afirmar que

a) a temperatura de solidificação da substância é 10°C. b) o calor específico latente de solidificação é –1,0 cal/g. c) o calor específico sensível no estado líquido é 1/3 cal/g°C. d) o calor específico sensível no estado sólido é 1/45 cal/g°C. e) ao passar do estado líquido a 60°C para o sólido a 10°C a substância perdeu 180 cal.


Gabarito: Resposta da questão 1:

[E]

Q m c 300 0,09 2 Q 54 cal.Δθ

Resposta da questão 2:

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

f

f

f

f

Q m c T

5000 125 0,25 T 20

5000T 20

125 0,25

T 20 160

T 180 C

Δ

Resposta da questão 3: [C] Sendo o calor sensível dado por:

Q m c TΔ

O calor específico explicitado fica:

Qc

m TΔ

Calculando com os valores fornecidos:

470 cal cal

c 0,094100 g 70 C 20 C g C


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

Q m c T100 30P t

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

t

c 0,15 cal/g °C.

C m c 500 0,15 C 75 cal/°C.

ΔΔ

Δ ΔΔΔ

Δ



[C] Ao ser submetida ao aquecimento de uma substância pura que esteja no estado sólido, teremos dois pontos em que a temperatura permanece constante à pressão constante. Primeiramente há o aquecimento do sólido até o momento em que alcançado o ponto de fusão onde encontramos duas fases distintas (sólido e líquido) sem que haja alteração da temperatura (região II do gráfico). Ao derreter todo o sólido, resta apenas o líquido que ao absorver mais calor aumenta sua temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão atmosférica (região III), neste ponto estamos diante de mais uma mudança de fase (líquido para vapor) e a temperatura permanece constante até que todo o líquido vaporize (região IV). No gráfico temos líquido quando começa a fusão até o término da vaporização, ou seja, corresponde aos pontos II, III e IV. Resposta da questão 6: [D]

Sabendo que Q m c T,Δ pode-se encontrar os valores de 1Q e 2Q pelos dados fornecidos

no gráfico. Desta forma,

1

1

Q 0,1 1 5 5

Q 2J

e

2

2

2

Q 6 0,1 2,5 45 5

Q 10 6

Q 16J

Logo,

1

2

Q 2 1

Q 16 8


[C] Da equação do calor sensível:

63 3Q 5 10

Q m c m 24,8 10 g V 24,8 10 mL c 4,2 78 30

V 24,8 L.

ΔθΔθ


[A] A água perde 230 cal. De acordo com a convenção de sinais, calor cedido é negativo. Assim:

230

Q m c 230 100 1 60 60 2,3 60 100

57,7 C.

Δθ θ θ θ

θ



A partir dos dados apresentados no enunciado, temos:

3

g g 1000 gd 1 1

ml lcm

Assim sendo, concluímos que meio litro de água corresponderá a 500 gramas. Calculemos agora a variação da temperatura sofrida pela água ingerida:

36,7 15 21,7Δθ

Utilizando a equação fundamental da calorimetria:

Q m c Δθ

Substituindo pelos valores encontrados, temos:

Q 500.1 21,7

Q 10850 cal

Resposta da questão 10: [C]

Dados: c 0,4cal / g C; P 120cal / min; t 15 min; 50 CΔ Δθ

QP Q P t P t 120 15

m c P t m tc 0,4 50

Q m c

m 90 g.

Δ ΔΔθ ΔΔ

ΔθΔθ

Resposta da questão 11: [B]

Dados: Q = - 4.900 cal (calor cedido); m = 0,5 kg = 500 g; c = 0,175 cal/g°C; 20 C.θ

0

0 0

0

Q 4.900Q m c 56 56

m c 500 0,175

20 56 20 56

76 C.

Δθ Δθ Δθ θ θ

θ θ

θ



Aplicando a expressão do calor sensível para a fase sólida:

S s S

S

Q m c Q 100 0,03 320 20 3 300

Q 900 cal.

Δθ

Como a potência da fonte é constante e a substância é pura, o gráfico completo (também fora de escala) é o apresentado abaixo.

Usando semelhança de triângulos:

AC BE 128 t 148 128ABC BDE

BC DE 480 320 800 480

128 t 20 128 t 10

160 320

t 118 s.

Δ Δ


[B]

Q mc P. t 50x20P c 0,25cal / (g C)

t t m. 200x20

Δθ Δ

Δ Δ Δθ


[E] O calor em questão é latente.

3Q mL 3 10 80 2.400 cal Q 2,4 10 cal.


[C] Comentário: o enunciado apresenta uma imprecisão, pois afirma que se trata de um líquido. A não identificada substância apresenta-se totalmente na fase líquida apenas no intervalo de C a D. O intervalo DE apresenta a vaporização do líquido, onde é possível determinar o calor latente de vaporização.



01 + 02 + 04 + 08 = 15. Analisando cada uma das afirmativas: [01] Correta. Em T = 20° C, ocorre fusão e em T = 80° ocorre vaporização. [02] Correta. O calor que provoca variação de temperatura é denominado calor sensível. [04] Correta. Como há dois patamares, há duas mudanças de fases: sólido líquido a 20 °C

e líquido gasoso a 80 °C. Portanto, em T = 0 °C o corpo está na fase sólida.

[08] Correta. Calor que provoca mudança de fase é denominado calor latente. Resposta da questão 17:

a) Dado: m = 100 g. Do gráfico:

Qsól = (400 – 0) = 400 cal; Qlíq = (1200 – 800) = 400 cal.

sól sól

líq líq

400c c 0,1 cal /g C.

Q 100 40Q m c c

400mc c 0,2 cal /g C.

100 20

ΔθΔθ

b) Do gráfico, a temperatura de fusão é 40 °C. OBS.: a questão pede o calor latente de fusão, que é: Qfusão = (800 – 400) = 400 cal. Mas vamos entender calor latente de fusão como calor específico latente de fusão (Lfusão). Assim:

fusãofusão fusão fusão

fusão

Q 400Q m L L

m 100

L 4 cal/g °C.


QP P. t m.c.

t

P. t 120 60

m.c 200 1

36 C

Δ ΔθΔ

ΔΔθ

Δθ


[D] Da equação fundamental da calorimetria:

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

Resposta da questão 20: [A] Da expressão do calor sensível:

QmQ m c T c .T

Essa expressão mostra que, no gráfico apresentado, o calor específico sensível (c) é o

coeficiente angular ou declividade da reta. Assim, à substância de menor calor específico

corresponde a reta de menor declividade. Comparando:

X ar;

Y álcool;

Z água.



[B]

Dados: 1 cal = 4,2 J; c = 840 J/kg°C = 0,2 cal/g°C; m = 250 g; 35 15 20 C.Δθ

Calculando a quantidade de calor total:

T TQ m c 250 0,2 20 Q 1000 cal.Δθ

Por proporção simples e direta:

40 min 1 000 cal 1 000 Q Q 250 cal.

40 1 min Q cal


CAPACIDADES TÉRMICAS:

xx

x

x

yy

y

x

Q 80cal 80calC

(281 273)K 8K

C 10cal / K

Q 40cal 40calC

(283 273)K 10K

C 4cal / K

Δθ

Δθ

CALORES ESPECÌFICOS SENSÌVEIS:

x x x x

x

y y y y

y

C m .c 10 20.c

c 0,5cal / gK

C m .c 4 10.c

c 0,4cal / gK


[B] De fato:

L calor/massa 30/30 1cal/g

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