Física 3 | aulas 7 a 10 · Física 3 | aulas 7 a 10 Provoca alteração na temperatura do corpo, ou seja, altera o grau de agitação térmica das partículas Temperatura e Calor

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Física 3 | aulas 7 a 10

Medida proporcional ao GRAU MÉDIO DE AGITAÇÃO das partículas de um corpo ou um sistema de corpos.

Temperatura e Calor

Temperatura

Energia térmica EM TRÂNSITO, motivada pela diferença de temperatura.

Calor

Física 3 | aulas 7 a 10 Equilíbrio Térmico

início

depois

fim

tempo

A B

A B

A B

T’A < TA

T’B > TB

T’A > T’B

T’’A = T’’B

TA > TB

EQUILÍBRIOTÉRMICO

O que aconteceu até que o equilíbrio térmico fosse atingido?

Q

Resp.: Troca de calor!


Provoca alteração na temperatura do corpo, ou seja, altera o grau de agitação térmica das partículas

Temperatura e Calor


Temperatura


Calor

dois

TIPOS1. Quantidade de Calor SENSÍVEL

Sempre que um corpo ganha calor, sua temperatura necessariamente cresce?Sempre que um corpo perde calor, sua temperatura necessariamente diminuiu?


T(oC)

Temperatura e Calor

Exemplo:•O gelo, a 0 oC, na pressão de 1 atm, recebe calor e muda de estado, passando do estadosólido para líquido, sempre na mesma temperatura de 0 oC.•A água líquida, a 100 oC, na pressão de 1 atm, recebe calor e muda de estado, passandodo estado líquido para o gasoso, sempre na mesma temperatura.


Provoca alteração na temperatura do corpo, ou seja, altera o grau de agitação térmica das partículas

Temperatura e Calor


Temperatura


Calor

dois

TIPOS

Provoca mudança de estado físico do corpo, ou seja, altera o grau de ligação entre as partículas

2. Quantidade de Calor LATENTE

1. Quantidade de Calor SENSÍVEL

Física 3 | aulas 7 a 10 Calorimetria

Definições

Capacidade térmica de um corpo:

QC

T

Q C T

Calor específico de uma substância:

Cc

m Q m c T

Qc

m T

Grandezas associadas à quantidade de calor sensível

Unidades

QC

T

[ ][ ]

[ ]

J

K

QC

T

[ ][ ]

[ ] o

cal

C

S.I.

usual

1 cal = 4,186 J @ 4,19 J @ 4,2 J @ 4 J

Qc

m T

[ ][ ]

[ ][ ]

J

kg K

Qc

m T

[ ][ ]

[ ][ ] o

cal

g C

S.I.

usual

Quantidadede calor sensível

Quantidadede calor sensível


Calor latente de uma substância emdeterminada mudança de estado:

QL

m Q m L

Definições Grandezas associadas à quantidade de calor latente

Unidades

QL

m

[ ][ ]

[ ]

J

kg

QL

m

[ ][ ]

[ ]

cal

g

S.I.

usual

1 cal = 4,186 J @ 4,19 J @ 4,2 J @ 4 J

Quantidadede calor latente


Q m L

Regra de sinal

Q C T

Q m c T

Q > 0 (calor RECEBIDO) e Q < 0 (calor CEDIDO)

+ ou -

+ ou -

+ ou -

+

+ + ou -

+ + ou -

+ + ou -

sen

síve

lla

ten

te

Física 3 | aulas 7 a 10Exercício

1

(Enem 2015) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis sãoalguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Paraevitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos osatuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiaiscircula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, étransferido para a atmosfera. Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir paracumprir seu objetivo com maior eficiência?a) Alto calor específico.b) Alto calor latente de fusão.c) Baixa condutividade térmica.d) Baixa temperatura de ebulição.e) Alto coeficiente de dilatação térmica.

Resolução

Q m c T Q

Tm c

Para uma mesma quantidade de calor Q e mesmaquantidade de massa m, a variação de temperatura T éinversamente proporcional ao calor específico c.

Calorimetria

Conclusão: Para uma menor variação de temperatura T,o que caracteriza maior eficiência no sistema derefrigeração, na prática precisamos de um fluidoarrefecedor com calor específico c com valor grande.


2

(Unicamp 2015) Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado umaestrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente dediamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido ocarbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente dotamanho da Terra.Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de Ti =2.700 oC. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa M = 6,0⋅1024 kgconstituída de um material com calor específico c = 0,5 kJ/(kg.oC). A quantidade de calorque deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de Tf = 700 °Cé igual a:a) 24,0⋅1027 kJ b) 6,0⋅1027 kJ c) 8,1⋅1027 kJ d) 2,1⋅1027 kJ

Resolução

Q m c T

Calorimetria

24 o

o

kJ6 10 kg 0 5 700 2700 C

kg C, ( )

24 36 10 0 5 2 10 kJ, ( )

27Q 6 10 kJ 27Q 6 10 kJ| | (Q < 0 significa calor perdido)

Física 3 | aulas 7 a 10Extra

1

A água possui as seguintes constantes térmicas:•Calor específico no estado sólido: csólido = 0,5 cal/g.oC;•Calor específico no estado líquido: clíquido = 1,0 cal/g.oC;•Calor latente de fusão: Lfusão = 80,0 cal/g;•Calor latente de ebulição: Lebulição = 540,0 cal/g;Calcule (em kcal) a quantidade de calor que devemos:a) Fornecer para uma pedra de gelo de 100 g à temperatura inicial de – 10o C para que elase transforme integralmente em vapor d’água.b) Retirar de 100 g de vapor d’água inicialmente a 100 o C para obtermos uma pedra degelo de mesma massa a – 10o C.

Resolução

Calorimetria

a) gelo gelo água gelo água gelo

total aquecimento fusão aquec vaporQ Q Q Q Q/ /

. .

100 0 5 0 10 100 80 100 1 100 0 100 540, ( ( ) ( ) 500 8000 10000 54000 72500 cal 72 5 kcal,

b) vapor água vapor água vapor gelo

total cond resfriamento solidif resfriamentoQ Q Q Q Q/ /

. .

100 540 100 1 0 100 100 80 100 0 5 10 0( ) ( ) ( ) , ( )

72500 cal 72 5 kcal,

gelo gelo gelo gelo fusão água água água água vaporizaçãom c T m L m c T m L

vapor cond água água água água solidif gelo gelo gelom L m c T m L m c T. .

54000 10000 8000 500

Note que: Em “a” temos Q > 0 (calor recebido) | Em “b” temos Q < 0 (calor cedido)


Sistema Termicamente Isolado com N corpos

1 2 NQ Q Q o ...

N

i

i 1

Q 0


3

(Puccamp 2016) A perspectiva de uma pessoa que usa uma garrafa térmica é que esta nãopermita a troca de calor entre o meio ambiente e o conteúdo da garrafa. Porém, em geral,a própria garrafa já provoca uma pequena redução de temperatura quando nelacolocamos um líquido quente, como o café, uma vez que a capacidade térmica da garrafanão é nula. Numa garrafa térmica que está a 24 oC colocam-se 500 g de água (c = 1 cal/goC) a 90 oC e, após algum tempo, nota-se que a temperatura estabiliza em 84 oC. Pode-seafirmar que a capacidade térmica desta garrafa é, em cal/oC,a) 5 b) 6 c) 50 d) 60

Resolução

Calorimetria

Q 0 G AQ Q 0

f i f i

G G G A A A AC T T m c T T 0( ) ( )

GC 84 24 500 1 84 90 0( ) ( ) G

C 60 500 6 0( ) ( )

GC 60 500 6( ) ( )

G o

calC 50

C

GC 60 500 6( ) ( )


2

(Unesp 2012) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mLde leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL deadoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1cal/(g·°C), do leite vale 0,9 cal/(g·°C), do adoçante vale 2 cal/(g·°C) e que acapacidade térmica da xícara é desprezível. Considerando que asdensidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda decalor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmi-

Calorimetria

café leite adoçanteQ Q Q 0

co, 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.

café café café leite leite leite adoçante adoçante adoçantem c T m c T m c T 0

café café café café leite leite leite leite adoçante adoçante adoçante adoçanted V c T d V c T d V c T 0

f i f i f i

café café café café leite leite leite leite adoçante adoçante adoçante adoçanteV c T T V c T T V c T T 0( ) ( ) ( )

eq eq eq50 1 T 80 100 0 9 T 50 2 2 T 20 0( ) , ( ) ( )

eq eq eq50 T 80 90 T 50 4 T 20 0( ) ( ) ( )

eq eq eq50T 4000 90T 4500 4T 80 0

eq144T 8580 o

eqT 59 58 C,

Resolução


4

(UEL 2016) Em uma chaleira, são colocados 2 litros de água para ferver. A chaleira, que temum dispositivo que apita quando a água atinge o ponto de ebulição, começa a apitar após5 minutos. Sabendo que o calor específico da água é 1 cal/g.oC e que a densidadeespecífica da água é 1.000 kg/m³, responda aos itens a seguir.a) O fogo forneceu 150.000 cal para a água até a chaleira começar a apitar. Assumindo quetodo o calor cedido pelo fogo foi absorvido pela água, calcule a temperatura inicial daágua.b) Calcule a taxa de variação da temperatura da água no tempo (T/t).

Resolução

Calorimetria

a) Q m c T f i

Q m c T T( ) i

150000 2000 1 100 T( )

i150 2 100 T( )

i75 100 T

iT 100 75 o25 C

b)T

t

o100 25 C

5

( )

min

o75 C

5 min

o C15

min


5

(Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500 g,aquecido por uma fonte térmica cuja potência éconstante e igual a 100 cal/min, absorveintegralmente toda a energia fornecidapor essa fonte. Observe no gráfico a variação detemperatura do corpo em função do tempo.Calcule o calor específico da substância da qual ocorpo é composto, bem como a capacidadetérmica desse corpo.

Resolução

Calorimetria

Q m c T

QP

t

Q P t P t m c T

P tc

m T

P tc

m T

o

cal100 30

500 g 50 10 C

minmin

( )

o

3000 cal

20000 g C

o

cal0 15

g C,

C m c o

cal500 g 0 15

g C,

o

cal75

C


6

(Unesp 2015) A energia contida nos alimentosPara determinar o valor energético de umalimento, podemos queimar certaquantidade desse produto e, com o calorliberado, aquecer determinada massa deágua. Em seguida, mede-se a variação detemperatura sofrida pela água depois quetodo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada naqueima do alimento. Essa é a energia quetal alimento nos fornece se for ingerido. Norótulo de um pacote de castanha de caju,está impressa a tabela a seguir, cominformações nutricionais sobre o produto.

Calorimetria

Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água,submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 oC para 87 oC. Sabendo que ocalor específico da água líquida é igual a 1 cal/(g⋅oC) e que apenas 60% da energia liberada nacombustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massam, em gramas, de água aquecida era igual a:a) 10.000 b) 5.000 c) 12.500 d) 7.500 e) 2.500


6

Resolução

Calorimetria

Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água,submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 oC para 87 oC. Sabendo que ocalor específico da água líquida é igual a 1 cal/(g⋅oC) e que apenas 60% da energia liberada nacombustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massam, em gramas, de água aquecida era igual a:a) 10.000 b) 5.000 c) 12.500 d) 7.500 e) 2.500

150 g correspondem a 10 porções. Cada porção “libera” 90 kcal. Logo:

liberadoQ 10 90 900 kcal

Mas somente 60% da energia liberada será, de fato, usada no aquecimento da água:

usado liberadoQ 0 6 Q 0 6 900 540 kcal , ,

usado água água água águaQ m c T 540000 m 1 87 15 ( )

água540000 m 72 ( ) água

540000m 7500 g

72


7

(Cefet-MG 2015) Um material possui calorespecífico igual a 1,0 J/kg⋅oC quando está no estadosólido e 2,5 J/kg⋅oC quando está no estado líquido.Um sistema composto por 0,10 kg desse materialrecebe energia de forma que sua temperatura variasegundo o gráfico da figura. A razão entre Q1 e Q2 é:a) 1/3 b) 1/5 c) 1/6 d) 1/8 e) 1/16

Resolução

Calorimetria

sólido

1 aquecimentoQ Q m c T

o

o

J0 1 kg 1 0 5 15 C

kg C

, , [ ( )] 0 1 20 J , [ ] 2 J

líquido

2 aquecimentoQ 6 J Q m c T o

2 o

JQ 6 J 0 1 kg 2 5 45 5 C

kg C

, , [ )]

2Q 6 J 0 1 2 5 40 J , , [ )]

2Q 6 J 10 J

2Q 10 J 6 J 16 J

1

2

Q

Q

2 J

16 J

1

8


8

(Uerj 2016) Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma capacidadetérmica, ou seja, que sofrem a mesma variação de temperatura ao receberem a mesmaquantidade de calor. A diferença entre suas massas é igual a 100 g e a razão entre seuscalores específicos é igual a 6/5. A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a:a) 250 b) 300 c) 500 d) 600

Resolução

Calorimetria

A BC C I) A mesma capacidade térmica:

A A B Bm c m c

II) A diferença entre suas massas é igual a 100 g: A Bm m 100

III) A razão entre seus calores específicos é igual a 6/5: B

A

c 6

c 5

IMPORTANTE: Supondo que A tem maior massa (mA > mB), para terem mesma capaci-

dade térmica, então cA < cB.

Vamos considerar duas amostras distintas: amostra A e amostra B.

De I e III: A A B Bm c m c A B

B A

m c

m c A

B

m 6

m 5

De II (e lembrando que a amostra B é a mais leve): A Bm m 100

A Bm m 100

Logo: A

B

m 6

m 5 B

B

m 100 6

m 5

B B5 m 500 6 m

B B500 6 m 5 m

Bm 500 g


3

Quando retiramos gelo do freezer a –5 oC e utilizamos para refrigerar uma bebida àtemperatura ambiente de 25 oC, observamos que, decorrido certo intervalo de tempo,todo o gelo se derrete e a bebida, mais a água proveniente do gelo, passa a umatemperatura de equilíbrio de 20 oC. Sabendo que a temperatura de fusão do gelo é 0 oC,explique se a quantidade de calor absorvida pelo gelo é calor sensível ou calor latente.

Calorimetria


3

Quando retiramos gelo do freezer a –5 oC e utilizamos para refrigerar uma bebida àtemperatura ambiente de 25 oC, observamos que, decorrido certo intervalo de tempo,todo o gelo se derrete e a bebida, mais a água proveniente do gelo, passa a umatemperatura de equilíbrio de 20 oC. Sabendo que a temperatura de fusão do gelo é 0 oC,explique se a quantidade de calor absorvida pelo gelo é calor sensível ou calor latente.

•No intervalo de –5 °C a 0 °C o gelo absorve uma quantidade de calor sensível, o que faza sua temperatura aumentar.•A 0 °C o gelo absorve uma quantidade de calor latente e, na mesma temperatura, sofrefusão, mudando de estado físico de agregação das partículas.•No intervalo de 0 °C a 20 °C a água líquida proveniente do gelo que derreteu absorveuma quantidade de calor sensível, o que faz a sua temperatura aumentar.

Resolução

Calorimetria


4

Assinale a alternativa incorreta.

a) A capacidade térmica de um corpo é função de sua massa.

b) Quando recebido por um corpo, o calor sensível produz apenas variação detemperatura.

c) O calor específico sensível é uma característica do material de que é feito ocorpo, não dependendo da sua massa.

d) A capacidade térmica de um corpo indica a quantidade de calor que cadaunidade de massa desse corpo necessita para sua temperatura variar uma unidade.

e) O valor da capacidade térmica de um corpo depende do material de que essecorpo é feito.

Calorimetria


4

Assinale a alternativa incorreta.

a) A capacidade térmica de um corpo é função de sua massa.

b) Quando recebido por um corpo, o calor sensível produz apenas variação detemperatura.

c) O calor específico sensível é uma característica do material de que é feito ocorpo, não dependendo da sua massa.

d) A capacidade térmica de um corpo indica a quantidade de calor que cadaunidade de massa desse corpo necessita para sua temperatura variar uma unidade.

e) O valor da capacidade térmica de um corpo depende do material de que essecorpo é feito.

Calorimetria

Essa é a definição de calor específico e não de capacidade térmica!

C = m.c onde c é uma constante típica da substância.

Essa é a definição de calor sensível.

c é uma constante típica da substância.

C = m.c. Logo, depende da massa m e também da substância caracterizada pelo c.


5

Uma mesma quantidade de calor é fornecida a massas iguais de água e alumínio,inicialmente à mesma temperatura. A temperatura final do corpo de alumínio é maior quea da água, pois o alumínio tem:a) maior calor específico.b) menor calor específico.c) menor calor latente.d) maior densidade.e) menor densidade.

Calorimetria


5

Uma mesma quantidade de calor é fornecida a massas iguais de água e alumínio,inicialmente à mesma temperatura. A temperatura final do corpo de alumínio é maior quea da água, pois o alumínio tem:a) maior calor específico.b) menor calor específico.c) menor calor latente.d) maior densidade.e) menor densidade.

Resolução

Calorimetria

Q m c T Q

Tm c

Q 1T

m c

1T cte

c

cteT

c

Conclusão: T é inversamente proporcional a c. Logo, tem maior T quem tem menor c. O alumínio sofre maior aquecimento (maior T) porque tem calor específico menor (menor c).


6

(UNESP) O gálio é um metal cujo ponto de fusão é 30°C, à pressão normal; por isso, elepode liquefazer-se inteiramente quando colocado na palma da mão de uma pessoa.Sabe-se que o calor específico e o calor latente de fusão do gálio são, respectivamente,410 J/(kg ⋅ °C) e 80000 J/kg.a) Qual a quantidade de calor que um fragmento de gálio de massa 25 g, inicialmente a10°C, absorve para fundir-se integralmente quando colocado na mão de uma pessoa?b) Construa o gráfico t(°C) × Q(J) que representa esse processo, supondo que ele comece a 10°C e termine quando o fragmento de gálio se funde integralmente.

Calorimetria


6

(UNESP) O gálio é um metal cujo ponto de fusão é 30°C, à pressão normal; por isso, elepode liquefazer-se inteiramente quando colocado na palma da mão de uma pessoa.Sabe-se que o calor específico e o calor latente de fusão do gálio são, respectivamente,410 J/(kg ⋅ °C) e 80000 J/kg.a) Qual a quantidade de calor que um fragmento de gálio de massa 25 g, inicialmente a10°C, absorve para fundir-se integralmente quando colocado na mão de uma pessoa?b) Construa o gráfico t(°C) × Q(J) que representa esse processo, supondo que ele comece a 10°C e termine quando o fragmento de gálio se funde integralmente.

Resolução

Calorimetria

a) gálio gálio gálio

total aquecimento fusãoQ Q Q m c T m L

o

o

J J25g 410 30 10 C 25g 80000

kg C kg( )

o

3 o 3

1 J 1 J25 kg 410 30 10 C 25 kg 80000

10 kg C 10 kg( )

3 3

1 110250 20 J 2000000 J

10 10( )

205 J 2000 J 2205 J

b)

aquecimento

fusão


7

(FUVEST) Em uma panela aberta, aquece-se água,observando-se uma variação da temperatura daágua com o tempo, como indica o gráfico.Desprezando-se a evaporação antes da fervura, emquanto tempo, a partir do começo da ebulição, todaa água terá se esgotado? (Considere que o calor devaporização da água é cerca de 540 cal/g)a) 18 minutos b) 27 minutos c) 36 minutosd) 45 minutos e) 54 minutosDado: cágua = 1,0 cal/g.oC.

Calorimetria


7

(FUVEST) Em uma panela aberta, aquece-se água,observando-se uma variação da temperatura daágua com o tempo, como indica o gráfico.Desprezando-se a evaporação antes da fervura, emquanto tempo, a partir do começo da ebulição, todaa água terá se esgotado? (Considere que o calor devaporização da água é cerca de 540 cal/g)a) 18 minutos b) 27 minutos c) 36 minutosd) 45 minutos e) 54 minutosDado: cágua = 1,0 cal/g.oC.

Resolução

Calorimetria

E QP

t t

A potência da fonte térmica (chama do fogão) pode ser assumida como constante. Logo:

aquecimento vaporização


Q Q

t t


m c T m L

t t

vaporização

1 70 30 540

5 1 t

( )

vaporização

40 540

4 t

vaporização

4 540t

40

54 min


8

Um moderno forno de micro-ondas com potência útil de 200 cal/s deve aquecer 500 cm³de água, inicialmente a 298 K até uma temperatura de 328 K. Considere que toda apotência útil seja destinada ao aquecimento da água e que cágua = 1,0 cal/g °C e dágua = 1,0g/cm³. Determine o tempo necessário para esse aquecimento.

Calorimetria


8

Um moderno forno de micro-ondas com potência útil de 200 cal/s deve aquecer 500 cm³de água, inicialmente a 298 K até uma temperatura de 328 K. Considere que toda apotência útil seja destinada ao aquecimento da água e que cágua = 1,0 cal/g °C e dágua = 1,0g/cm³. Determine o tempo necessário para esse aquecimento.

Calorimetria

EP

t

Et

P

Q

P

m c T

P

md

V m d V

g1 500 cm

cm³

³ 500 g

f iT T T 328 298 30 K o30 C

o

calc 1

g C

(dado)

calP 200

s (dado)

m c Tt

P

o

o

cal500g 1 30 C

g C

cal200

s

5 30 1t

12

s

75 s

Resolução


9

Considere o gráfico a seguir, que representa ocalor absorvido por 0,5 g de uma substânciapura, inicialmente no estado líquido, em funçãoda temperatura. Determine:a) o calor latente de vaporização da substância.b) o calor específico da substância no estadolíquido.

Calorimetria


o

cal1

g C

Extra

9

Considere o gráfico a seguir, que representa ocalor absorvido por 0,5 g de uma substânciapura, inicialmente no estado líquido, em funçãoda temperatura. Determine:a) o calor latente de vaporização da substância.b) o calor específico da substância no estadolíquido.

Calorimetria

a) A vaporização da substância, pelo gráfico, acontece a 100 oC (quando a temperatura ficaconstante). Nesse intervalo a substância absorve Qvap = 100 – 50 = 50 cal de calor latente.Logo:

vap

vap

QL

m

50 cal

0 5 g,

cal100

g

b) A substância encontra-se inicialmente no estado líquido a 0 oC e recebe uma quantidadede calor sensível Qaquec = 50 – 0 = 50 cal que faz sua temperatura subir para 100 oC. Logo:

aquec

liq

Qc

m T

o

50 cal

0 5 g 100 0 C, ( )

Resolução


10

(Unifesp 2012) Um calorímetro de capacidade térmica 10 cal/oC, contendo 500 g de água a20 oC, é utilizado para determinação do calor específico de uma barra de liga metálica de200 g, a ser utilizada como fundo de panelas para cozimento. A barra é inicialmenteaquecida a 80 oC e imediatamente colocada dentro do calorímetro, isolado termicamente.Considerando o calor específico da água 1,0 cal/(g·oC) e que a temperatura de equilíbriotérmico atingida no calorímetro foi 30 oC, determine:a) a quantidade de calor absorvido pelo calorímetro e a quantidade de calor absorvidopela água.b) a temperatura final e o calor específico da barra.

Calorimetria


10

(Unifesp 2012) Um calorímetro de capacidade térmica 10 cal/oC, contendo 500 g de água a20 oC, é utilizado para determinação do calor específico de uma barra de liga metálica de200 g, a ser utilizada como fundo de panelas para cozimento. A barra é inicialmenteaquecida a 80 oC e imediatamente colocada dentro do calorímetro, isolado termicamente.Considerando o calor específico da água 1,0 cal/(g·oC) e que a temperatura de equilíbriotérmico atingida no calorímetro foi 30 oC, determine:a) a quantidade de calor absorvido pelo calorímetro e a quantidade de calor absorvidopela água.b) a temperatura final e o calor específico da barra.

Calorimetria

a) cal cal calQ C T o

o

cal10 30 20 C

C( ) 100 cal

Resolução

água água água águaQ m c T

o

o

cal500g 1 30 20 C

g C( ) 5000 cal

b)

cal água barraQ Q Q 0 f i

barra barra barra barra100 5000 m c T T 0( )

barra100 5000 200 c 30 80 0( )

barra51 2 c 50 0( )

barra51 100 c

o

barrac 0 51 cal g C, /

f o

barraT 30 C (temperatura de equilíbrio do sistema, fornecida o enunciado)


11

(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, oferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa de ferroempregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferrose torna moldável é de 520 oC e que o calor específico do ferro vale 0,1 cal/g·oC, assinale aalternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa massa deferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 oC.a) 25 b) 250 c) 2.500 d) 25.000 e) 250.000

Calorimetria


11

(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, oferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa de ferroempregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferrose torna moldável é de 520 oC e que o calor específico do ferro vale 0,1 cal/g·oC, assinale aalternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa massa deferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 oC.a) 25 b) 250 c) 2.500 d) 25.000 e) 250.000

Calorimetria

Resolução

Q m c T o

o

cal0 5kg 0 1 520 20 C

g C

, , ( ) o

o

cal500g 0 1 520 20 C

g C

, ( )

50 500 cal 25000 cal


12

(Unesp 2011) Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada deincandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia. Sabe-seque, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de 1 cal/goC e o daareia é 0,2 cal/goC. Durante 1 hora, a água e a areia receberam a mesma quantidade deenergia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se que a água variou sua temperatura em 8 oC e aareia 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.

Calorimetria


12

(Unesp 2011) Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada deincandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia. Sabe-seque, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de 1 cal/goC e o daareia é 0,2 cal/goC. Durante 1 hora, a água e a areia receberam a mesma quantidade deenergia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se que a água variou sua temperatura em 8 oC e aareia 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.

Calorimetria

Resolução

Água

água

recebidoQ 3 6 kJ ,

água

usadoQ m c T 100 1 8 800 cal 800 4 J 3200 J 3 2 kJ,

água água água

perdido recebido usadoQ Q Q 3 6 3 2 , , 0 4 kJ,

Areia

areia

recebidoQ 3 6 kJ ,

areia

usadoQ m c T 100 0 2 30 , 600 cal 600 4 J 2400 J 2 4 kJ,

areia areia areia

perdido recebido usadoQ Q Q 3 6 2 4 , , 1 2 kJ,


13

(UFRRJ) As atividades musculares de um triatleta exigem, diariamente, muita energia. Vejaa representação desses valores.

Calorimetria

Um alimento concentrado energético produz, quando metabolizado, 4.000 cal para cada10 g ingeridos. Para as atividades físicas citadas acima, o atleta, em um dia, precisaráingerir:a) 1,2 kg b) 2,4 kg c) 3,2 kg d) 2,8 kg e) 3,6 kg


1200 g

Extra

13

(UFRRJ) As atividades musculares de um triatleta exigem, diariamente, muita energia. Vejaa representação desses valores.

Calorimetria

Um alimento concentrado energético produz, quando metabolizado, 4.000 cal para cada10 g ingeridos. Para as atividades físicas citadas acima, o atleta, em um dia, precisaráingerir:a) 1,2 kg b) 2,4 kg c) 3,2 kg d) 2,8 kg e) 3,6 kg

Resolução

atividades

total corrida natação bikeQ Q Q Q 80000 cal 240000 cal 160000 cal 480000 cal

10g 4000 cal............................

m 480000 cal........................480000 cal 10 g

m4000 cal


14

(UFRRJ 2006) Um estudante de Física Experimental fornececalor a certo corpo, inicialmente à temperatura de 10 °C. Eleconstrói o gráfico indicado abaixo, onde, no eixo vertical,registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto,no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo.Consideremos agora outro corpo, com o dobro da massa doprimeiro, feito da mesma substância e também inicialmente a10 °C. Com base no gráfico, podemos dizer que, fornecendouma quantidade de calor igual a 120 calorias a esse outrocorpo, sua temperatura final será de:

Calorimetria

a) 18 °C b) 20 °C c) 40 °C d) 30 °C e) 25 °C

Resposta: E


15

(Unicamp) Em um dia quente, um atleta corre dissipando 750 W durante 30 minutos.Suponha que ele só transfira essa energia para o meio externo através da evaporação dosuor e que todo o seu suor seja aproveitado para a sua refrigeração.Adote L = 2.500 J/g para o calor latente de evaporação da água à temperatura ambiente ea densidade da água d = 1,0 kg/L.a) Qual é a taxa de perda de água do atleta em kg/min?b) Quantos litros de água ele perde nos 30 minutos de corrida?

Calorimetria

Respostas: a) 1,8.10-2 kg/minb) 0,54 L


16

(FGV-SP) Um suco de laranja foi preparado em uma jarra, adicionando-se a 250 mL de sucode laranja, a 20 °C, 50 g de gelo fundente.Dados: cágua = 1 cal/g °C; csuco laranja = 1 cal/g °C; dsuco laranja = 1.000 g/L; Lfusão gelo = 80 cal/g.Estabelecido o equilíbrio térmico, a temperatura do suco gelado era, em °C,aproximadamente:a) 0,5 b) 1,2 c) 1,7 d) 2,4 e) 3,3

Calorimetria

Resposta: E


17

(Uerj 2017) Analise o gráfico a seguir, que indica avariação da capacidade térmica de um corpo (C)em função da temperatura (θ). A quantidade decalor absorvida pelo material até a temperatura de50 °C, em calorias, é igual a:a) 500b) 1.500c) 2.000d) 2.200

Calorimetria

Resposta: B


18

(Uerj 2015) Para aquecer 1L de água contida em um recipiente de capacidade térmicadesprezível, uma pessoa dispõe de um aquecedor elétrico portátil cuja potência é de 1.273W, quando submetido a uma tensão de 127 V. Considere que toda a energia fornecida peloaquecedor seja absorvida pela água. Nessas condições , calcule a variação de temperaturada água após o aquecedor inserido no recipiente ficar ligado por 165 segundos.

Calorimetria

Resposta: 50 oC

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Física 3 | aulas 7 a 10 · Física 3 | aulas 7 a 10 Provoca alteração na temperatura do corpo, ou seja, altera o grau de agitação térmica das partículas Temperatura e Calor