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T.D. 04 – CALORIMETRIA

01. Uma forma de gelo com água a 25 oC é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a –18 oC. As etapas do processo de trocas de calor e de mudança de estado da substância água podem ser identificadas num gráfico da temperatura X quantidade de calor cedida. Qual dos gráficos a seguir mostra, corretamente (sem considerar a escala), as etapas de mudança de fase da água e de seu resfriamento para uma atmosfera? a)

b)

c)

d)

e)

02. Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma

capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação

de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor.

A diferença entre suas massas é igual a 100 g e a razão entre

seus calores específicos é igual a 6/5.

A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a:

a) 250

b) 300

c) 500

d) 600

e) 800

03. Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule

determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 4,2 J.

Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de

paletas giram imersas em água no interior de um recipiente.

Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia

cinética das paletas em movimento, totalmente convertida

em calor, provoque uma variação de 2 oC em 100 g de água.

Essa quantidade de calor corresponde à variação da energia

cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda

livre de uma determinada altura. Essa altura, em metros,

corresponde a:

a) 2,1

b) 4,2

c) 8,4

d) 16,8

e) 33,6

04. Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a

ser superado para que o homem possa viver em condições

extremas de temperatura. Para isso, o entendimento

completo dos mecanismos de troca de calor é

imprescindível.

Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve

reconhecer o processo de troca de calor envolvido.

I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são

grades vazadas, para facilitar fluxo de energia

térmica até o congelador por __________

II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer

no vácuo é por __________.

III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as

paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia

ou entre por __________.

Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para

preencher as lacunas corretamente são:

a) condução, convecção e radiação.

b) condução, radiação e convecção.

c) convecção, condução e radiação.

d) convecção, radiação e condução.

2

05. O estudo da calorimetria e das leis da termodinâmica nos dá explicações para vários fenômenos encontrados na natureza. Considere o seguinte texto que apresenta a explicação, do ponto de vista dessas áreas da Física, para a formação das nuvens: Quando uma porção de ar aquecido sobe, contendo água que acabou de __________ da superfície, passa a estar submetida a uma pressão cada vez __________. A rápida variação na pressão provoca uma rápida expansão do ar junto com uma redução de seu/sua __________. Essa rápida expansão é considerada __________, isto é, sem troca de calor com sua vizinhança, porque ocorre muito rapidamente. O gás em expansão __________ energia interna ao se expandir, e isso acarreta seu resfriamento até atingir uma temperatura na qual a quantidade de vapor de água é suficiente para saturar o ar naquele ponto e assim formar as nuvens. Assinale a alternativa que preenche as lacunas corretamente. a) evaporar, menor, temperatura, adiabática, perde.

b) condensar, menor, volume, adiabática, ganha.

c) evaporar, maior, temperatura, isotérmica, ganha.

d) condensar, maior, volume, isobárica, perde.

e) sublimar, menor, temperatura, isotérmica, ganha.

06. As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas

peças móveis são alguns dos fatores que provocam o

aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar

o superaquecimento e consequentes danos a esses motores,

foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em

que um fluido arrefecedor com propriedades especiais

circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao

passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.

Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para

cumprir 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.

07. A panela de pressão permite que o cozimento dos alimentos

ocorra mais rapidamente que em panelas comuns. Se, depois de iniciada a saída de vapor pela válvula, baixarmos o fogo, para economizar gás, o tempo gasto no cozimento

a) aumenta, pois a temperatura diminui dentro da

panela.

b) diminui, pois a temperatura aumenta dentro da

panela.

c) aumenta, pois diminui a formação de vapor

dentro da panela.

d) não varia, pois a temperatura dentro da panela

permanece constante.

08. Quando um patinador desliza sobre o gelo, o seu movimento é facilitado porque, enquanto ele anda, o gelo transforma-se em água líquida, o que faz com que diminua o atrito entre os patins e o gelo. Se o gelo encontra-se a uma temperatura inferior a 0 oC, a água líquida é formada pela passagem do patinador porque

a) a temperatura do gelo aumenta devido ao

movimento relativo entre os patins e o gelo.

b) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela

lâmina dos patins diminui o ponto de fusão do

gelo.

c) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela

lâmina dos patins aumenta o ponto de fusão do

gelo.

d) a temperatura do gelo não varia devido ao

movimento relativo entre os patins e o gelo.

09. Estudantes de uma escola participaram de uma gincana e

uma das tarefas consistia em resfriar garrafas de

refrigerante. O grupo vencedor foi o que conseguiu a

temperatura mais baixa. Para tal objetivo, as equipes

receberam caixas idênticas de isopor sem tampa e iguais

quantidades de jornal, gelo em cubos e garrafas de

refrigerante. Baseando-se nas formas de transferência de

calor, indique a montagem que venceu a tarefa.

a)

b)

c)

d)

e)

3

10. O gráfico representa, aproximadamente, como varia a

temperatura ambiente no período de um dia, em

determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa

região a maior parte da superfície do solo é coberta por

areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.

A grande amplitude térmica diária observada no gráfico

pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que

a) a água líquida apresenta calor específico menor

do que o da areia sólida e, assim, devido a maior

presença de areia do que de água na região, a

retenção de calor no ambiente torna-se difícil,

causando a drástica queda de temperatura na

madrugada.

b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela

esquenta rapidamente quando ganha calor e

esfria rapidamente quando perde. A baixa

umidade do ar não retém o calor perdido pela

areia quando ela esfria, explicando a queda de

temperatura na madrugada.

c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens

no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o

que contribui para uma maior retenção de energia

térmica na região.

d) o calor se propaga facilmente na região por

condução, uma vez que o ar seco é um excelente

condutor de calor. Dessa forma, a energia retida

pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente

à noite, causando a queda de temperatura.

e) da grande massa de areia existente na região do

Saara apresenta grande mobilidade, causando a

dissipação do calor absorvido durante o dia e a

drástica queda de temperatura à noite.

11. O gráfico a seguir assinala a média das temperaturas mínimas e máximas nas capitais de alguns países europeus, medidas em graus Celsius.

Considere a necessidade de aquecer 500 g de água de

0 oC até a temperatura média máxima de cada uma das

capitais. Determine em quantas dessas capitais são necessárias mais de 12 kcal para esse aquecimento. Considere o calor específico da água igual a 1 cal/g.°C. a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 7

12. “Epagri confirma registro de neve em Palhoça. Houve registro do fenômeno também em Rancho Queimado, Alfredo Wagner e Angelina, na Grande Florianópolis. Os morros na região do Cambirela, em Palhoça, amanheceram com paisagem europeia nesta terça-feira. A neve que caiu na cidade pintou o topo de branco e chamou a atenção de moradores [...]” Esta notícia, publicada no ClicRBS – Diário Catarinense, em 23/07/2013, registra um evento que não ocorria há mais de 29 anos na região e que transformou a paisagem do Cambirela em um belíssimo cartão-postal.

Neve é um fenômeno meteorológico em que ocorre a

precipitação de flocos formados por pequenos cristais

de gelo, ou seja, água na fase sólida.

Com base no diagrama de fase da água apresentado e

nas mudanças de fase da água, assinale a(s)

proposição(ões) CORRETA(S).

01. É fato que na pressão de 1,0 atm a água atinge a

densidade máxima a 4 °C e, à medida que sua

temperatura se aproxima de 0 °C, sua densidade

4

diminui. Este fato é consequência das ligações

pontes de hidrogênio que surgem entre as

moléculas de água, causando um aumento dos

espaços entre as moléculas.

02. No ponto PT, que no diagrama de fase representa o

ponto triplo, é possível encontrar a substância em

uma das três fases da matéria de cada vez.

04. Quando uma substância no estado gasoso é

liquefeita somente com o aumento da pressão, ela

é classificada como vapor.

08. O processo de vaporização da água, passagem da

fase líquida para a fase sólida, pode ocorrer de três

maneiras: evaporação – lento; ebulição – muito

rápido; calefação – rápido.

16. A sensação de frio é maior quando a neve derrete

do que quando ela se forma. Isto é explicado pelo

fato de que a fusão é uma reação exotérmica,

enquanto que a solidificação é uma reação

endotérmica.

32. Sublimação é a mudança da fase sólida para a fase

gasosa, sem passar pela fase líquida, somente com

o aumento da pressão.

64. A curva de fusão/solidificação indica que, à medida

que aumentamos a pressão sobre a substância

água durante a mudança de fase, a temperatura de

fusão/solidificação diminui.

13. A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e

mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em

risco as diversas formas de vida aquática que

dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura

acontece por meios artificiais, dizemos que existe

poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria

natureza do processo de geração de energia, podem

causar esse tipo de poluição.

Que parte do ciclo de geração de energia das usinas

nucleares está associada a esse tipo de poluição?

a) Fissão do material radioativo.

b) Condensação do vapor-d‘água no final do

processo.

c) Conversão de energia das turbinas pelos

geradores.

d) Aquecimento da água líquida para gerar vapor

d‘água.

e) Lançamento do vapor-d‘água sobre as pás das

turbinas.

14. Com 77% de seu território acima de 300 m de altitude

e 52% acima de 600 m, Santa Catarina figura entre os

estados brasileiros de mais forte relevo. Florianópolis,

a capital, encontra-se ao nível do mar. Lages, no

planalto, varia de 850 a 1200 metros acima do nível do

mar. Já o Morro da Igreja situado em Urubici é

considerado o ponto habitado mais alto da Região Sul

do Brasil.

A tabela abaixo nos mostra a temperatura de ebulição

da água nesses locais em função da altitude.

Localidade

Altitude em relação ao

nível do mar (m)

Temperatura aproximada de

ebulição da água (°C)

Florianópolis 0 100

Lages (centro) 916 97

Morro da Igreja 1822 94

Considere a tabela e os conhecimentos de termologia

e analise as afirmações a seguir.

I. Em Florianópolis os alimentos preparados

dentro da água em uma panela comum são

cozidos mais depressa que em Lages,

utilizando-se a mesma panela.

II. No Morro da Igreja, a camada de ar é menor,

por consequência, menor a pressão

atmosférica exercida sobre a água, o que

implica em um processo de ebulição a uma

temperatura inferior a Florianópolis.

III. Se quisermos cozinhar em água algum

alimento no Morro da Igreja, em uma panela

comum, será mais difícil que em Florianópolis,

utilizando-se a mesma panela. Isso porque a

água irá entrar em ebulição e secar antes

mesmo que o alimento termine de cozinhar.

IV. Se quisermos cozinhar no mesmo tempo em

Lages e Florianópolis um mesmo alimento,

devemos usar em Florianópolis uma panela de

pressão.

Todas as afirmações corretas estão em:

a) I - II - III

b) I - II - IV

c) II - III - IV

d) III - IV

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15. Uma ferramenta de corte a raio laser consegue cortar

vários materiais, como aço carbono, aço inoxidável,

alumínio, titânio, plásticos, etc. Supondo, numa

situação idealizada para fins de simplificação, que o

material sólido a ser cortado estava exatamente na sua

temperatura de transição do estado sólido para o

líquido; além disso, que o laser foi aplicado e liquefez o

material nos trechos em que esteve em contato com

ele, porém, sem aumentar a temperatura do material

nesses trechos. Pode-se dizer que o laser transferiu

para o material uma quantidade de energia associada

diretamente

a) ao calor específico do material.

b) ao calor latente de fusão do material.

c) à capacidade térmica do material.

d) ao módulo de compressibilidade do material. e) ao número de moles do material.

16. Considere estas informações:

• a temperaturas muito baixas, a água está sempre na

fase sólida;

• aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão

da água diminui.

Assinale a alternativa em que o diagrama de fases

pressão versus temperatura para a água está de

acordo com essas informações.

a)

b)

c)

d)

17. Considere a superfície de um líquido aquecido no qual

as moléculas escapem dessa superfície formando sobre

ela uma camada de vapor. Parte das moléculas desse

vapor, devido ao seu movimento desordenado,

chocam-se com a superfície e retornam ao líquido.

Com relação aos processos térmicos envolvidos na

situação descrita acima, é CORRETO afirmar que

a) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície

do líquido acarreta um aumento na evaporação e

uma diminuição na condensação.

b) os processos de evaporação e condensação de

vapor não ocorrem simultaneamente.

c) próximo à superfície da substância líquida, tanto a

vaporização quanto a condensação ocorrem

mediante trocas de energia entre a substância e o

meio no qual a substância se encontra.

d) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície

do líquido acarreta um aumento tanto na

evaporação quanto na condensação.

18. Quando aquecemos água em nossas casas utilizando

um recipiente aberto, sua temperatura nunca

ultrapassa os 100 oC. Isso ocorre porque:

a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua

capacidade de absorver calor.

b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder

exatamente a mesma quantidade de calor que

está recebendo, mantendo assim sua temperatura

constante.

c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura

constante.

d) ao atingir essa temperatura, a água começa a

expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos.

19. Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com

a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas

de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo.

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Marque a opção que descreve o que acontece a

seguir.

a) A bola de metal esfria mais rápido e derrete mais

gelo.

b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete

menos gelo.

c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete

menos gelo.

d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas

derretem a mesma quantidade de gelo.

e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e

derretem a mesma quantidade de gelo.

20. A água apresenta propriedades físico-químicas que a

coloca em posição de destaque como substância

essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as

propriedades térmicas biologicamente muito

importantes, por exemplo, o elevado valor de calor

latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à

quantidade de calor que deve ser adicionada a um

líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de

massa, para convertê-lo em vapor na mesma

temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias

por grama.

A propriedade físico-química mencionada no texto

confere à água a capacidade de

a) servir como doador de elétrons no processo de

fotossíntese.

b) funcionar como regulador térmico para os

organismos vivos.

c) agir como solvente universal nos tecidos animais e

vegetais.

d) transportar os íons de ferro e magnésio nos

tecidos vegetais.

e) funcionar como mantenedora do metabolismo

nos organismos vivos.

Gabarito

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

A C C D A A D B E B

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

D 69 B A B D C C C B

11) F, G, H, J e K

12) 01 + 04 + 64 = 69

16)