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LISTA DE EXERCÍCIOS DE CALORIMETRIA PARTE 1 1. (Ufrgs 2018) Uma quantidade de calor Q 56.100,00 J = é fornecida a 100 g de gelo que se encontra inicialmente a 10 C. Sendo o calor específico do gelo g c 2,1J (g C), = o calor específico da água a c 4,2 J (g C) = e o calor latente de fusão L C 330,0 J g, = a temperatura final da água em C é, aproximadamente, a) 83,8. b) 60,0. c) 54,8. d) 50,0. e) 37,7. 2. (Uerj 2018) Observe no diagrama as etapas de variação da temperatura e de mudanças de estado físico de uma esfera sólida, em função do calor por ela recebido. Admita que a esfera é constituída por um metal puro. Durante a etapa D, ocorre a seguinte mudança de estado físico: a) fusão b) sublimação c) condensação d) vaporização 3. (Ufrgs 2017) Quando se fornece calor a uma substância, podem ocorrer diversas modificações decorrentes de propriedades térmicas da matéria e de processos que envolvem a energia térmica. Considere as afirmações abaixo, sobre processos que envolvem fornecimento de calor. I. Todos os materiais, quando aquecidos, expandem-se. II. A temperatura de ebulição da água depende da pressão.

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LISTA DE EXERCÍCIOS DE CALORIMETRIA – PARTE 1

1. (Ufrgs 2018) Uma quantidade de calor Q 56.100,00 J= é fornecida a 100 g de gelo que se encontra

inicialmente a 10 C.−

Sendo

o calor específico do gelo gc 2,1J (g C),=

o calor específico da água ac 4,2 J (g C)= e

o calor latente de fusão LC 330,0 J g,=

a temperatura final da água em C é, aproximadamente, a) 83,8. b) 60,0. c) 54,8. d) 50,0. e) 37,7.

2. (Uerj 2018) Observe no diagrama as etapas de variação da temperatura e de mudanças de estado físico de uma esfera sólida, em função do calor por ela recebido. Admita que a esfera é constituída por um metal puro.

Durante a etapa D, ocorre a seguinte mudança de estado físico: a) fusão b) sublimação c) condensação d) vaporização 3. (Ufrgs 2017) Quando se fornece calor a uma substância, podem ocorrer diversas modificações decorrentes de propriedades térmicas da matéria e de processos que envolvem a energia térmica. Considere as afirmações abaixo, sobre processos que envolvem fornecimento de calor. I. Todos os materiais, quando aquecidos, expandem-se. II. A temperatura de ebulição da água depende da pressão.

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III. A quantidade de calor a ser fornecida, por unidade de massa, para manter o processo de ebulição de um líquido, é denominado calor latente de vaporização.

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 4. (Upe-ssa 2 2017) Um aprendiz de cozinheiro colocou 1,0 litro de água em temperatura ambiente (25 C)

numa panela sem tampa e a deixou aquecendo em um fogão elétrico, sobre uma boca de potência de

2.000 W.

Considerando-se que toda a energia fornecida pela boca é absorvida pela água, qual o tempo mínimo aproximado em que toda a água evapora? Dados:

calor latente de vaporização da água 2.256 kJ kg=

calor específico da água 4,2 kJ kg C=

densidade da água 31.000 kg m=

a) 18,2 min

b) 21,4 min

c) 36,0 min

d) 42,7 min

e) 53,8 min

5. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2017) Sabe-se que um líquido possui calor específico igual a

0,58 cal g C. Com o intuito de descobrir o valor de seu calor latente de vaporização, foi realizado um

experimento onde o líquido foi aquecido por meio de uma fonte de potência uniforme, até sua total vaporização, obtendo-se o gráfico abaixo. O valor obtido para o calor latente de vaporização do líquido, em

cal g, está mais próximo de:

a) 100 b) 200 c) 540 d) 780 6. (Unesp 2017) Um bloco de gelo de massa 200 g, inicialmente à temperatura de –10 C, foi mergulhado

em um recipiente de capacidade térmica 200 cal C contendo água líquida a 24 C. Após determinado

intervalo de tempo, esse sistema entrou em equilíbrio térmico à temperatura de 4 C.

O gráfico mostra como variou a temperatura apenas do gelo, desde sua imersão no recipiente até ser atingido o equilíbrio térmico.

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calor específico da água líquida 1cal g C

calor específico do gelo cal0,5 g C

calor latente de fusão do gelo 80 cal g

Considerando as informações contidas no gráfico e na tabela, que o experimento foi realizado ao nível do mar e desprezando as perdas de calor para o ambiente, calcule a quantidade de calor absorvido pelo bloco de gelo, em calorias, desde que foi imerso na água até ser atingido o equilíbrio térmico, e calcule a massa de água líquida contida no recipiente, em gramas, antes da imersão do bloco gelo. 7. (Upf 2017) Qual a quantidade de calor que devemos fornecer a 200 g de gelo a 20 C− para

transformar em água a 50 C?

(Considere: gelo água fusãoC 0,5 cal (g C); C 1cal (g C); L 80cal g)= = =

a) 28 kcal.

b) 26 kcal.

c) 16 kcal.

d) 12 kcal.

e) 18 kcal.

8. (Eear 2017) Em uma panela foi adicionada uma massa de água de 200 g à temperatura de 25 C. Para

transformar essa massa de água totalmente em vapor a 100 C, qual deve ser a quantidade total de calor

fornecida, em calorias? (Considere calor específico da água c 1cal g C).=

a) 1.500 b) 20.000 c) 100.000 d) 123.000 9. (Esc. Naval 2017) Analise o gráfico a seguir.

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O gráfico acima descreve o processo de aquecimento de certa substância que se encontra inicialmente na

fase sólida. O calor latente de fusão dessa substância é 6,0 cal g. Em um processo à pressão constante de

1,0 atm, ela é levada à fase líquida, com temperatura final de 400 C. A potência fornecida nessa

transformação foi de 360 cal s. O gráfico mostra a temperatura da substância em função do tempo, durante

o processo.

Qual o calor específico dessa substância, em mcal g C?

a) 10 b) 20 c) 30 d) 40 e) 50 10. (Eear 2017) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 C.

Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-

lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo

derreta será:

Dados: calor de fusão do gelo 80 cal g C=

a) 40 b) 400 c) 4.000 d) 40.000 11. (Ufjf-pism 2 2017) O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura de um corpo de 20 g em função

da quantidade de calor a ele fornecida. Durante o processo, o corpo sofre uma transição de fase, passando do estado sólido para o estado líquido.

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Assinale a alternativa CORRETA: a) a fusão do corpo ocorrerá a 100 C se a sua massa for de 40 g.

b) o calor latente de fusão do corpo é de 10 cal g.

c) a 100 C, será iniciada, necessariamente, uma nova transição de fase.

d) o calor latente de fusão do corpo é de 5 cal g.

e) a fusão do corpo ocorrerá a 50 C somente se sua massa for de 40 g.

12. (G1 - ifsul 2017) Um estudante de Física, a fim de analisar o comportamento térmico de uma substância, realizou um experimento em que forneceu calor a uma quantidade m de massa dessa substância, inicialmente na fase sólida. Após analisar os dados experimentais obtidos, ele traçou um gráfico, na figura abaixo, que mostra o comportamento da temperatura dessa substância em função da quantidade de calor que ela recebeu.

Sabendo que o calor latente de fusão da substância analisada é igual a 20 cal g, ele calculou os valores da

massa m e do calor específico na fase sólida. Ele obteve para esses valores, respectivamente, a) 20 g e 0,4 cal g C.

b) 20 g e 0,2 cal g C.

c) 40 g e 0,2 cal g C.

d) 40 g e 0,4 cal g C.

13. (Uerj 2017) O gráfico abaixo indica o comportamento térmico de 10 g de uma substância que, ao

receber calor de uma fonte, passa integralmente da fase sólida para a fase líquida.

O calor latente de fusão dessa substância, em cal g, é igual a:

a) 70 b) 80 c) 90 d) 100 14. (Ufpr 2017) Entre as grandezas físicas que influenciam os estados físicos das substâncias, estão o

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volume, a temperatura e a pressão. O gráfico abaixo representa o comportamento da água com relação aos estados físicos que ela pode ter. Nesse gráfico é possível representar os estados físicos sólido, líquido e gasoso. Assinale a alternativa que apresenta as grandezas físicas correspondentes aos eixos das abscissas e das ordenadas, respectivamente.

a) Pressão e volume. b) Volume e temperatura. c) Volume e pressão. d) Temperatura e pressão. e) Temperatura e volume. 15. (Ufrgs 2017) Qualquer substância pode ser encontrada nos estados (ou fases) sólido (S), líquido (L)

ou gasoso (G), dependendo das condições de pressão (p) e temperatura (T) a que está sujeita. Esses

estados podem ser representados em um gráfico p T, conhecido como diagrama de fases, como o

mostrado na figura abaixo, para uma substância qualquer.

As regiões de existência de cada fase estão identificadas por (S), (L) e (G) e os pontos a, b, c e d indicam

quatro estados distintos de (p, T).

Considere as seguintes afirmações.

I. A substância não pode sublimar, se submetida a pressões constantes maiores do que ap .

II. A substância, se estiver no estado b, pode ser vaporizada por transformações isotérmicas ou isobáricas.

III. A mudança de estado c d→ é isobárica e conhecida como solidificação.

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III.

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TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Quando necessário, adote:

módulo da aceleração da gravidade: 210 m s−

calor latente de vaporização da água: 1540 cal g−

calor específico da água: 1 11,0 cal g C− −

densidade da água: 31g cm−

constante universal dos gases ideais: 1 1R 8,0 J mol K− −=

massa específica do ar: 3 31,225 10 g cm− −

massa específica da água do mar: 31,025 g cm−

1cal 4,0 J=

16. (Pucsp 2017)

Os filtros de “barro”, na verdade não são de barro, mas sim de cerâmica à base de argila. Esses filtros possuem pequenos poros que permitem a passagem lenta da água, do reservatório para a superfície externa, ocorrendo então a transformação da água do estado líquido para o estado de vapor. Essa transformação ocorre a partir do calor que a água da superfície externa absorve do filtro e da água em seu interior. A retirada do calor diminui gradualmente a temperatura da água que está dentro do filtro, tornando-a agradável para consumo. Num dia de temperatura muito elevada e umidade do ar muito baixa, uma dona de casa enche com água

seu filtro cerâmico à base de argila, que estava totalmente vazio, até a capacidade máxima de 6 litros.

Decorrido certo intervalo de tempo, verifica-se que houve uma diminuição no volume total, devido à passagem de m gramas de água pelos poros da parede do filtro para o meio externo.

Como consequência, ocorreu uma variação de temperatura de 5 kelvin na massa de água restante.

Nessas condições, determine a massa de água m, aproximada, em gramas, que evaporou.

a) 11 b) 55 c) 66 d) 108 17. (Fepar 2016) Os problemas relacionados aos recursos hídricos têm destaque dentro do Direito e das Ciências Ambientais.

O Brasil detém cerca de 13% de toda a água potável no planeta, o que faz com que entidades civis e

legisladores se preocupem com a proteção jurídica das águas.

Conforme estabelecido na Lei Federal 9.433, que instituiu a Política Nacional de Gerenciamento de

Recursos Hídricos, a água é um bem de domínio público, um recurso natural limitado, dotado de valor econômico.

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Considere as principais características de clima e relevo que interferem nos recursos hídricos do Brasil e julgue as afirmativas. ( ) No Pico da Neblina, localizado no norte do Amazonas, a altitude é de quase 3.000 m e a pressão

atmosférica é menor que no nível do mar. Nessas altitudes a velocidade de evaporação da água é menor, o que favorece sua preservação em estado líquido.

( ) Uma panela de pressão, no Rio de Janeiro, ao nível do mar, é usada para acelerar o cozimento de alimentos e economizar gás, pois a água em seu interior entra em ebulição a uma temperatura maior

do que 100 C.

( ) Os lagos possuem uma extensa superfície de água em contato com a atmosfera; na falta de chuva secam rapidamente, porque quanto maior a área da superfície do líquido maior a velocidade de evaporação.

( ) Se o calor de vaporização da água no nível do mar é de 540 cal g, então a quantidade de calor

necessária para vaporizar 0,5 kg de água em uma cidade litorânea brasileira é de 61,08 10 cal.

( ) As cisternas têm um papel importante no aproveitamento de águas pluviais. Em regiões secas do Brasil, recomenda-se que sejam enterradas no solo ou na areia, para que fiquem isoladas das grandes variações de temperatura ambiente, comuns por causa da baixa umidade do ar dessas regiões.

18. (Pucrs 2016) Para responder à questão, considere as informações e as afirmativas sobre o gráfico a seguir.

O gráfico abaixo representa a temperatura (T) em função da quantidade de calor fornecido (Q) para uma

substância pura de massa igual a 0,1kg, inicialmente na fase sólida (trecho a).

I. A temperatura de fusão da substância é 30 C.

II. O calor específico da substância na fase sólida é constante. III. Ao longo de todo o trecho b, a substância encontra- se integralmente na fase líquida. Está/Estão correta(s) apenas a(s) afirmativa(s) a) I. b) II. c) I e II. d) I e III. e) II e III.

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Gabarito: Resposta da questão 1: [D]

Este problema de calorimetria envolve as etapas de aquecimento do gelo de 10 C− até 0 C, o

derretimento total do gelo e o aquecimento da água até a temperatura final. 1) Aquecimento do gelo:

( )( )1 g 1 1J

Q m c T Q 100 g 2,1 0 10 C Q 2100 Jg C

Δ= = − − =

2) Derretimento total do gelo:

2 L 2 2J

Q m C Q 100 g 330 Q 33000 Jg

= = =

3) Aquecimento da água:

A quantidade de calor 3Q usada para aquecer a água é a diferença entre o calor total fornecido e os

calores calculados.

3 t 1 2 3 3Q Q Q Q Q 56100 2100 33000 Q 21000 J= − − = − − =

Assim a temperatura final pode ser obtida pela expressão para o calor sensível:

( )3 a f fJ

Q m c T 21000 J 100 g 4,2 T 0 C T 50 Cg C

Δ= = − =

Resposta da questão 2: [D] Como a esfera está inicialmente na fase sólida, para cada uma das etapas indicadas no gráfico, têm-se: A – aquecimento do sólido. B – fusão do sólido. Resposta da questão 3: [D] Análise das afirmativas:

[I] Falsa. A água, por exemplo, possui uma dilatação anômala, ou seja, na faixa de 0 C a 4 C a água se

contrai ao invés de se expandir como a maioria dos materiais quando aquecidos. [II] Verdadeira. A temperatura de ebulição de um líquido varia diretamente com a pressão, isto é, quanto

maior a pressão, maior a temperatura de ebulição e vice-versa. [III] Verdadeira. O calor latente de vaporização da água é a energia necessária para vaporizar uma unidade

de sua massa. Esse valor é de 540 cal g.

Resposta da questão 4: [B]

A energia calorífica total E é a soma do calor sensível 1Q e do calor latente 2Q , bem como, da potência

elétrica P do fogão multiplicada pelo tempo t.Δ

1 2E P t Q QΔ= = +

Cálculo do calor sensível para aquecimento da água até a ebulição:

Sabendo que 1L de água é igual a 1kg de água, então:

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( )1 1 1kJ

Q m c T Q 1kg 4,2 100 25 C Q 315 kJkg C

Δ= = − =

Cálculo do calor latente para a vaporização:

2 2 2kJ

Q m L Q 1kg 2256 Q 2256 kJkg

= = =

Calor total necessário para aquecimento e vaporização:

1 2E Q Q E 315 2256 E 2571kJ= + = + =

Tempo necessário para todo o processo:

E 2571kJ 2571kJ 1minE P t t t t 1285,5 s

kJP 2000 W 60 s2

s

t 21,425 min

Δ Δ Δ Δ

Δ

= = = = =

=

Resposta da questão 5: [B]

1 11

2 22

1 2

2

1 2 1

Q m cP P

t t

Q m LP P

t t

P P

c tm c m LL

t t t

0,58 (78 0) (54 10)L L 200 cal g

10

Δθ

Δ Δ

Δ Δ

Δθ ΔΔθ

Δ Δ Δ

= =

= =

=

= =

− −=

Resposta da questão 6:

- Quantidade de calor recebido pela massa correspondente ao bloco de gelo, até que a água proveniente desse bloco atinja o equilíbrio térmico:

( ) ( ) ( )bloco águagelo fusãodegelo dogelo

gelo

Q mc mL mc

200 0,5 10 200 80 200 1 4 Q 17.800cal.

Δθ Δθ= + + =

+ + =

- Calculando a massa de água (M):

Considerando que o sistema seja termicamente isolado, e que a água e o recipiente estejam à mesma

temperatura inicial de 24 C, têm-se:

( ) ( )

( ) ( )

água rec gelo água recQ Q Q 0 Mc C 17.800 0

17.800 4.000M 1 4 24 200 4 24 17.800 0 M

20

M 690g.

Δθ Δθ+ + = + + =

− − + − + = =

=

Resposta da questão 7: [A]

( ) ( )

gelo fusão água g g f a aQ Q Q Q Q m c T m L m c T

Q 200 0,5 0 20 200 80 200 1 50 0 28.000 cal Q 28 kcal

Δ Δ= + + = + +

= − − + + − = =

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Resposta da questão 8: ANULADA Questão anulada no gabarito oficial. A questão foi anulada, pois não forneceu o valor do calor latente de vaporização da água. Caso a questão fornecesse este dado, a resposta correta seria [D].

L 540 cal g

Q m c m L

Q 200 1 75 200 540

Q 123.000 cal

Δθ

=

= +

= +

=

Resposta da questão 9: [C] Para a fusão:

f ot f f

f

Q P t 360 20 Q 7200 cal

Q mL 7200 m 6 m 1200 g

Δ= = =

= = =

Para o líquido:

otQ P t 360 (67,5 60) Q 2700 cal

Q mc 2700 1200 c (400 325) c 0,03 cal / g C

c 30 mcal g C

Δ

Δθ

= = − =

= = − =

=

l l l

l l

Observação: O enunciado deveria ter deixado claro que o calor específico desejado era o referente ao estado líquido. Resposta da questão 10: [D]

Q m L Q 500 80 Q 40.000 cal= = =

Resposta da questão 11: [D]

[A] Falsa. O gráfico nos mostra que a fusão acontece à 50 C, e essa temperatura independe da massa do

material.

[B] Falsa. O calor latente de fusão L é dado por: Q

L ,m

= onde Q é a quantidade de calor usado na fusão e

m é a massa do material.

( )200 100 calQ calL L L 5

m 20 g g

−= = =

[C] Falsa. A 100 C não é possível definir se há mais uma mudança de fase, pois deveria, para tanto, haver

uma variação da inclinação da curva. [D] Verdade. Rever o cálculo da alternativa b). [E] Falsa. Conforme a alternativa a), a temperatura de fusão não depende da massa. Resposta da questão 12: [D]

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Para o cálculo da massa:

fusão fusãoQ 1200 400 Q 800 cal

Q m L

800 m 20

m 40 g

= − =

=

=

=

Para o cálculo do calor específico:

sólido sólidoQ 400 0 Q 400

Q m c

400 40 c (35 10)

400 1.400c 400c

400 1.000c

400c c 0,4 cal g C

1.000

Δθ

= − =

=

= −

= −

=

= =

Resposta da questão 13: [A]

Q 1.000 300Q m L L L L 70 cal g

m 10

−= = = =

Resposta da questão 14: [D] Este gráfico chama-se diagrama de fases de uma substância pura, que compreende as curvas de sublimação, fusão e vaporização unidas por um ponto chamado de ponto triplo que indica um valor de temperatura (abscissa) e pressão (ordenada) em que temos os três estados físicos em equilíbrio dinâmico. Portanto, a resposta correta é da alternativa [D]. Resposta da questão 15: [E]

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Análise das afirmativas: [I] Verdadeira. Para a substância sublimar ela deve passar direto do estado sólido para o estado gasoso.

Isto somente ocorre quando tivermos uma pressão menor que a pressão indicativa do ponto triplo, que no

caso é Ap .

[II] Verdadeira. A vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso, sendo possível, como mostra

a figura abaixo por processos isotérmicos ou isobáricos.

[III] Verdadeira. A solidificação é a passagem do estado líquido para o sólido representado pelo processo

isobárico c d.→

Resposta da questão 16: [B]

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Dados:

calor latente de vaporização da água: 1VL 540 cal g ;−=

calor específico da água: 1 1c 1,0 cal g C ;− −=

densidade da água: 31g cm ;ρ −=

variação da temperatura da água: 5K 5 C.Δθ = − = −

volume inicial de água: 3V 6L 6.000cm .= =

A massa ( )M de água contida inicialmente no filtro é:

M V 1 6.000 M 6.000g.ρ= = =

A massa m que evapora (calor latente) faz baixar a temperatura (calor sensível) do restante da água. Considerando o sistema termicamente isolado:

( ) ( ) ( )( )( )lat sens vQ Q 0 mL M m c m 540 6.000 m 1 5 0

545 m 30.000 m 55 g.

Δθ+ = + − + − − =

= =

Resposta da questão 17: F – V – V – F – V. Falsa. Quanto maior a altitude de um local, menor a pressão atmosférica e, consequentemente, menor a resistência externa para as moléculas do estado líquido passarem ao estado gasoso e maior será a velocidade de evaporação das águas superficiais. Verdadeira. A panela de pressão, como o nome diz, funciona aumentando a pressão interna, aumentando a dificuldade para as moléculas líquidas passarem para o estado gasoso, sendo assim, mesmo ao nível do mar, internamente temos uma pressão maior e a temperatura de ebulição será maior, ocorrendo a ebulição

da água numa temperatura superior a 100 C.

Verdadeira. Quanto maior a superfície de contato de um lago com o ar seco, maior será a taxa de evaporação, pois maior área superficial de água está em contato com o ar seco e em movimento, facilitando a transferência de massa do meio mais concentrado (lago) para o meio menos concentrado (o ar seco).

Falsa. Para calcular a quantidade de calor, em calorias, necessária para a vaporização de 0,5 kg de água é

dada pela expressão: vQ m L ,= onde Q é a quantidade de calor em calorias, m é a massa em gramas e

vL é o calor latente de vaporização dá água em cal g. Substituindo os valores fornecidos e calculando,

obtém-se: 5

vQ m L Q 500 g 540 cal / g 270000 cal 2,7 10 cal.= = = =

Verdadeira. As cisternas ficando enterradas e devidamente cobertas reduzem a taxa de evaporação por ficarem com a maior massa de água longe das grandes variações de temperatura na superfície do solo e sendo cobertas evitam o contato direto da água com o ar seco que acelera o processo de transferência de massa. Resposta da questão 18: [C] Análise das afirmativas: [I] Verdadeira. O aquecimento começa no estado sólido, representado pelo trecho “a”, sendo que na

primeira mudança de inclinação da curva, temos atingido a temperatura de fusão que registra 30 C no

gráfico.

Page 16: LISTA DE EXERCÍCIOS DE CALORIMETRIA PARTE 1 · q10 C. Sendo o calor específico do gelo c 2,1J (g C), g q ... O gráfico mostra a temperatura da substância em função do tempo,

[II] Verdadeira. O calor específico da substância no estado sólido pode ser calculado no trecho “a”, sendo o mesmo constante neste intervalo, correspondendo a:

Q 1200 J Jc c c 400

m T 0,1kg 30ºC kg ºCΔ= = =

[III] Falsa. No trecho “b” temos a mudança de fase chamada fusão, que representa a mistura dos estados físicos sólido e líquido juntos em todo o trecho, desde o aparecimento da primeira gota de líquido até a fusão do último pedaço de sólido.