Calor Telmo 1

1EM

_V_F

IS_0

14

Calorimetria, mudanças de fase e propagação de

calor

Neste tópico inicial da calorimetria definiremos as principais grandezas da calorimetria e discutire-mos as unidades mais usadas. Recomendamos muito cuidado com as unidades, pois nesta parte da Física não costumamos trabalhar muito no SI.

CalorComo já vimos, podemos considerar, para o

calor, a seguinte conceituação clássica:

Macroscopicamente, calor é uma forma de energia em trânsito, ou seja, uma energia que pode ser transmitida de um corpo a outro, quando existe uma diferença de temperatura entre eles

Quando um corpo está no estado sólido, suas moléculas estão submetidas a uma grande força de coesão e, por isso, oscilam em torno de uma posição central considerada fixa.

Se cedermos calor a esse corpo, as moléculas os-cilam com maior velocidade porque possuem energia cinética maior e, portanto, a temperatura aumenta.

Se cedermos mais calor, superaremos a força de coesão intermolecular e as moléculas podem agora rolar umas sobre as outras , ou seja, ocorre a mudança de estado sólido para o estado líquido.

Continuando a ceder calor, as moléculas do lí-quido, já com força de coesão diminuída, aumentam sua energia cinética e libertam-se, escapando do estado líquido e passando ao estado gasoso, onde as moléculas com alta energia cinética passam a se afastar umas das outras.

Grandezas calorimétricasCapacidade térmica de um corpo (C)a) : re-presenta a razão entre a quantidade de calor fornecida ou retirada de um corpo e a variação de temperatura sofrida.

C = Q

Sua unidade no SI é J

KCalor específico médio de uma substância b) (c): representa a razão entre a capacidade térmica de um corpo e sua massa.

c = C

m ou C = c . m

O calor específico se relaciona com a rapidez de esfriamento ou aquecimento de um corpo; um corpo de elevado calor específico demora mais para

Esse material é parte integrante do Aulas Particulares on-line do IESDE BRASIL S/A, mais informações www.aulasparticularesiesde.com.br

2 EM

_V_F

IS_0

14

aquecer-se do que um outro corpo de menor calor específico, quando ambos recebem a mesma quan-tidade de calor.

Quantidade de calor sensível (QS): é a quan-tidade de calor capaz de produzir variação de temperatura em um corpo QS = C ; como C = m . c, podemos escrever:

QS = m . c .

Quantidade de calor latente (QL): é a quantida-de de calor fornecida ou retirada de um corpo para produzir mudança de estado físico; esse calor não produz mudança de temperatura:

QL = m . L

onde L representa a constante da substân-cia para a mudança de estado; por exem-plo, o calor latente de fusão do gelo (Lgelo = 80cal/g).

UnidadesAs principais unidades de calor são:

no SI: o joule (J);a)

na prática, no Brasil, trabalhamos com a ca-b) loria (cal) tal que 1cal 4,186J;

é, também, bastante usada (especialmente c) para aparelhos de ar-condicionado) a unida-de BTU (British thermal unit), tal que 1BTU 252cal.

Unidades de calor específico

Lembrando que: QS = m . c podemos , iso-

lando c, escrever: c = Qs

m e deduzir as unidades

para calor específico:

no SI U(c) = a) J

kgK ;

na prática U(c) = b) cal

g°C; a partir dessa ex-

pressão podemos dizer que uma caloria

é a quantidade de calor necessária para elevar, de 14,5 a 15,5°C, a massa de 1g de água pura e com isso, considerar o calor

específico da água 1cal/g°C; apesar da de-finição estipular a variação de temperatura entre 14,5 e 15,5°C, usamos, genericamente, cágua= 1cal/g°C para qualquer temperatura, já que a variação desse valor é muito pequena;

podemos, então, definir a BTU por analogia c) com a anterior, como a quantidade de calor necessária para elevar, de 57,5 a 58,5°F, a massa de 1lb de água pura;

como unidade derivada da caloria encontra-d) mos a quilocaloria (antigamente chamada de grande caloria) tal que 1kcal = 1 000cal; geralmente, quando um nutricionista nos prescreve uma dieta de 2 000cal, ele está usando a quilocaloria que é representada com com a letra C maiúscula.

Gráfico Q X Construindo-se um gráfico da quantidade de

calor recebida ou cedida por um corpo em função da temperatura, teremos:

onde a tg de representa a capacidade térmica desse corpo.

Trocas de calorColocando-se em contato dois corpos A e B,

com temperaturas A e B, respectivamente, tal que

A> B, tão isolados do meio exterior quanto seja possível, notamos que haverá passagem de calor do corpo A para o corpo B até que eles atinjam uma temperatura de equilíbrio eq. Para essa temperatura de equilíbrio teremos A > eq > B; como o calor é uma forma de energia e esta não pode ser criada ou destruída, a quantidade de calor cedida pelo corpo A será, obrigatoriamente, igual à quantidade de calor recebida pelo corpo B, isto é:

Qced A = Qced B


3EM

_V_F

IS_0

14

Este é o Princípio das trocas de calor e pode ser assim enunciado: “Em um sistema adiabático (isola-do termicamente), a quantidade de calor permanece constante e se houver trocas de calor, a quantidade de calor cedida por um ou vários corpos é numerica-mente igual à quantidade de calor recebida por um ou mais corpos.”

CalorímetrosPara a determinação do calor específico de uma

sustância no estado sólido ou líquido, usamos dois processos principais:

Processo das misturasa) : Nesse processo usa-mos um aparelho chamado calorímetro, cons-tituído por dois vasos cilíndricos de latão, de paredes polidas, ficando o vaso interior sepa-rado do exterior por calços de cortiça ou por uma suspensão em fios de seda. A cobertura dos vasos é atravessada por um termômetro e pela baste do agitador. A principal qualidade que deve ter um calorímetro é ser um sistema adiabático, isto é, que não realiza trocas de calor com o meio ambiente.

agitado Termômetro

Para medir o calor específico de um sólido ou líquido, devemos colocar certa massa m da substân-cia, previamente aquecida, na água contida no vaso interno; a substância cederá calor à água e ao vaso calorimétrico com seus acessórios e, quando se tiver atingido o equilíbrio térmico, estabelece-se uma equa-ção exprimindo a igualdade entre o calor cedido pela substância e o calor ganho pela água, pelo calorímetro e pelos acessórios.

Nessa equação deve figurar como única incógni-ta o calor específico procurado. Para evitar o cálculo em separado das quantidades de calor absorvidas pelo vaso e acessórios, podemos determinar expe-rimentalmente o valor em água do calorímetro, da seguinte maneira: mistura-se com a água fria do calorímetro uma determinada massa de água quente e espera-se o equilíbrio térmico; calcula-se o calor ce-dido pela água quente e o calor absorvido pela água

fria inicialmente contida no aparelho; a diferença entre essas duas quantidades dá o calor absorvido pelo calorímetro e, dividindo-se pela variação da temperatura, obtém-se a capacidade calorífica, nu-mericamente igual ao equivalente em água, isto é, Cágua = C calorímetro ou mágua . cágua = Ccalorímetro e como cágua = 1cal/gºC

m água = Ccalorímetro

Processo do poço de gelo (Black)b) : Em um bloco de gelo pratica-se uma escavação, na qual introduziremos determinada massa do sólido (M), cujo calor específico (c) queremos determinar, previamente aquecido a uma temperatura ; a escavação ou poço será en-tão recoberta por outro bloco de gelo.

O sólido quente fundirá gelo até atingir a tem-peratura de 0°C. No final, recolhe-se a água de fusão e mede-se sua massa m.

Sabemos que para fundir 1g de gelo são neces-sárias 80cal; sendo m a massa de gelo fundido, o calor absorvido foi Qrec gelo = 80m calorias e, sendo o calor cedido pelo corpo Qced corpo = M . c . , temos a igualdade

M . c . = 80m ou c = 80mM

.

Se tivermos uma substância líquida, esta deverá ser encerrada em um tubo de vidro que será levado ao poço.

Trocas de calorAdmitido um sistema adiabático, isto é, isolado

termicamente do, meio externo, podemos aplicar a lei da conservação de energia mesmo quando houver uma mudança de estado físico.

QcedA = QrecB

Consideradas as substâncias puras e algumas ligas especiais, verificamos que durante a mudança de estado físico a temperatura permanece constan-te e o calor envolvido é chamado de calor latente, obedecendo à expressão QL = mL, onde L represen-


4 EM

_V_F

IS_0

14

ta a constante da substância para a mudança de estado.

Durante a resolução dos exercícios usaremos além da expressão calor sensível, a expressão calor latente.

Exemplo:

(PUC) A 160g de água inicialmente a 35ºC, contidos em um calorímetro, são acrescentados 40g de gelo a –20ºC.

Sabe-se que os calores específicos da água e do gelo, bem como o calor latente de fusão deste, valem, respec-tivamente: cágua = 1,00cal/g .ºC;

cgelo = 0,50 cal/g .ºC

Lf = 80cal/g.

Assim, desprezando-se as perdas, pode-se afirmar que a temperatura final de equilíbrio da mistura vale:

7,5ºCa)

10ºCb)

12ºCc)

18ºCd)

24ºC.e)

Vamos inicialmente aplicar a equação QcedA = QrecB

; a água cede calor e o gelo recebe calor; a água cedendo calor se resfria, isto é, sofre um , até atingir a temperatura de equilíbrio; o gelo, a – 20°C, primeiro recebe calor para se aquecer até 0°C, porque o gelo sob pressão normal não se funde numa temperatura abaixo de 0°C, ao atingir 0°C se funde, mantendo a temperatura constante (calor latente) e a água, proveniente da fusão do gelo, que está a 0°C, também vai receber calor até atingir a temperatura de equilíbrio; então, teremos:

para a água

QcedA = Qágua = m cágua = 160 x 1 x ( 35 – eq);

para o gelo teremos, agora,

Qgelo= Qgelo sensível+ Qfusão+Qágua sensível ou Qgelo= m cgelo

+m L+m cágua

e portanto,

Qgelo = 40 x 0,5 x [0 – (–20)] + 40 x 80 + 40 x 1 x

( eq – 0)

notando que, a massa m é constante, isto é, 40g de gelo transformam-se em 40g de água, no calor sensível usamos, pela primeira vez c = 0,5cal/g°C que é o calor específico do gelo e na segunda vez c = 1cal/g°C porque já temos água e não mais gelo; a temperatura inicial do gelo é – 20°C e sua temperatura final é 0°C, pois o gelo só é aquecido até

0°C e a partir daí ele entra em fusão e a temperatura inicial da água, proveniente do gelo, é de 0°C; igualando as duas expressões, tem-se:

160 (35 – eq) = 400 + 3 200 + 40 ou

5 600 – 160 eq = 3 600 + 40

2 000 = 200 eq e, portanto, eq = 10°C.

Exemplo:

(Fac. Nac. Med.) Passam-se 200g de vapor de água a 150°C, num calorímetro de alumínio de massa 850g, contendo 0,8kg de gelo a –10°C. Qual a tem-peratura final, considerando-se: c vapor = 0,46cal/g°C, c alumínio = 0,22cal/g°C, c gelo = 0,5cal/g °C, L vaporização = 540cal/g e L fusão = 80cal/g.

Vamos aplicar a equação QcedA = QrecB

; o vapor cede calor e o calorímetro e o gelo recebem calor; vamos admitir que no equilíbrio térmico haverá água no calorímetro; então:

QcedA = Qvapor= m cvapor + mcondensaçãoL + m cágua ;

o primeiro termo m c se refere ao refriamento do vapor, o termo m L à sua passagem para o estado líquido e o segundo termo m c ao refriamento da água que foi formada pelo vapor até a temperatura de equilíbrio; para o calor recebido:

QrecB = Qcalorímetro + Qgelo , onde Qcalorímetro = m cAlumínio ,

porque ele só sofre calor sensível e Qgelo = m cgelo + mfusãoL + m cágua ; então:

Qvapor = 200 x 0,46 x (150 – 100) + 200 x 540 + 200 x 1 x ( 100 – eq)

Qvapor = 4 600 + 108 000 + 20 000 – 200 eq ou

Qvapor = 132 600 – 200 eq ; para o calorímetro

Qcalorímetro = 850 x 0,22 x [ eq – (– 10 )] (a sua temperatura inicial é a mesma do gelo) e operando, vem

Qcalorímetro = 187 eq + 1 870; para o gelo

Qgelo= 800 x 0,5 x [ ( 0 – ( – 10 ) ] + 800 x 80 +

+ 800 x 1 x ( eq – 0 ), donde

Qgelo= 4 000 + 64 000 + 800 eq = 68 000 + 800 eq .

Como Qvapor = Qcalorímetro+ Qgelo , substituindo os valores, vem: 132 600 – 200 eq= 187 eq+1 870 + 68 000 + 800 eq ou 62 730 = 1 187 eq

eq 52,85°C.


5EM

_V_F

IS_0

14

Mudanças de estado físico

SublimaçãoÉ a passagem direta do estado sólido para o

estado gasoso, sem passar pelo estado líquido; al-gumas substâncias fazem sublimação em condições normais como por exemplo, o gelo seco, o iodo, a naf-talina. Quando estudarmos as curvas de Andrews, nos próximos tópicos, vamos mostrar que qualquer substância pode fazer esse fenômeno, em condições especiais.

FusãoFusão é a passagem do estado sólido para o lí-

quido por ação do calor; é uma mudança endotérmica, isto é, na fusão o corpo recebe calor; denomina-se fusão franca ou fusão brusca quando não aparecem estados intermediários como ocorre nas substância puras e nas ligas eutéticas; na fusão lenta, fusão vítrea ou fusão pastosa, o sólido passa pelo estado pastoso e pelo estado viscoso antes de atingir o es-tado líquido (exemplo: a fusão do vidro).

Leis da fusão brusca:a) são duas as leis da fusão brusca:

I) sob pressão constante, cada substância funde a uma temperatura fixa, denominada ponto de fusão;

II) sob pressão constante, a temperatura permanece constante enquanto durar o fenômeno da fusão. Essa última lei mostra que o calor absorvido durante a fusão não é calor sensível, pois não ocasiona varia-ção de temperatura, mas é calor latente, utilizado para vencer a coesão molecular.

Variação de volume durante a fusão: b) os fundentes podem ser distribuídos em duas categorias; fundentes de primeira categoria

são os que aumentam de volume com a fusão, de modo que o líquido é menos denso que a parte sólida e esta fica então submersa; a esta categoria pertence a maior parte dos metais; fundentes de segunda categoria são os que se contraem com a fusão e portanto, a parte sólida pode flutuar na líquida; o gelo é o mais importante fundente dessa categoria.

Influência da pressão sobre o ponto de fusão: c) depende da categoria do fundente; nos fun-dentes de primeira categoria, a pressão eleva o ponto de fusão e nos de segunda categoria, a pressão abaixa o ponto de fusão; por isso o gelo pode fundir-se à temperatura inferior a O°C, quando sujeito à pressão, mas cessan-do a força premente, dá-se o regelo, isto é, o líquido congela-se imediatamente (o regelo explica-nos a plasticidade do gelo, isto é, a possibilidade de modelar o gelo sob pressão). O aumento de volume da água ao congelar-se é a causa da grande força expansiva do gelo, como o prova a ruptura de garrafas quando se congela a água em seu interior ou a ruptura de rochas porosas, por congelação da água acumulada nos poros.

SolidificaçãoÉ a passagem do estado líquido para o estado

sólido; é uma mudança exotérmica, isto é, na solidi-ficação o corpo cede calor; segue três leis:

sob pressão constante, cada substância se a) solidifica a uma mesma temperatura, que coincide com a de fusão e é denominada ponto de solidificação;

sob pressão constante, a temperatura perma-b) nece invariável enquanto durar o fenômeno da solidificação;

na solidificação a substância perde a mesma c) quantidade de calor que absorveria durante a fusão.

Superfusão ou sobrefusãoÉ a permanência de uma substância em estado

líquido, em temperatura inferior a do seu ponto de fusão ou solidificação. A água, o fósforo, o enxofre, a glicerina são substâncias que facilmente ficam em sobrefusão. Esse fenômeno se dá quando o líquido é resfriado lentamente sem sofrer qualquer abalo, admitindo-se, por isso, tratar-se de um caso de falso equilíbrio de moléculas. A menor agitação da massa líquida ou a introdução de um fragmento sólido em


6 EM

_V_F

IS_0

14

seu interior, faz cessar a sobrefusão, solidificando-se imediatamente o conjunto ou parte dele e elevando-se a temperatura ao ponto de fusão. Nos tubos capilares a sobrefusão é mais frequente, o que explica a possibi-lidade de manutenção de seiva líquida nos vasos dos vegetais, mesmo em caso de frio rigoroso.

Gráficos da fusão - solidificaçãoFazendo-se um gráfico x Q teremos:

A diferença Q2 – Q1 nos dá a quantidade de calor envolvida na mudança de estado.

Fazendo o gráfico das trocas de calor de um corpo sólido que cede calor para um outro que sofre fusão incompleta, teremos:

Se o corpo fizer fusão completa, teremos:

VaporizaçãoÉ a passagem do estado líquido para o gasoso.

Quando a vaporização se efetua pela superfície do líquido, denomina-se evaporação; quando os vapores se formam tumultuosamente no interior do próprio líquido, temos a ebulição.

O estudo das propriedades dos vapores e das leis a que obedecem é comodamente realizado quan-do se efetua a vaporização no vácuo; esse fenômeno pode ser produzido em uma câmara barométrica, à qual fazemos chegar gotas do líquido a vaporizar; ini-cialmente verifica-se que a vaporização é instantânea e o mercúrio do tubo barométrico vai sendo abaixado à medida que aumenta a quantidade de vapor. Che-gará, porém, o momento em que o líquido não mais se vaporiza, acumulando-se sobre a superfície do mercúrio: diz-se que a câmara está saturada de vapor ou que o vapor ali existente é saturante.

Logo que se atinge a saturação, o mercúrio do tubo mantém-se em altura constante e isso indica que o vapor atingiu sua força elástica máxima. Vapor saturante é, portanto, o vapor que possui, a uma de-terminada temperatura, sua força elástica ou pressão máxima e é reconhecido por só existir em presença do líquido gerador.

Antes de atingir o estado de saturação, diz-se que o vapor da câmara é vapor seco. Os vapores secos obedecem às mesmas leis que os gases comuns (Leis de Boyle-Mariotte, de Gay-Lussac e Charles), mas os vapores saturantes obedecem a leis particulares.

Leis dos vapores saturantesPodemos considerar três leis para os vapores

saturantes:

A pressão máxima do vapor, a uma dada a) temperatura, varia com a natureza do líquido gerador;

A pressão máxima do vapor é independente do b) volume por ele ocupado (não obedece à lei de Boyle-Mariotte);

A pressão máxima do vapor cresce com a tem-c) peratura.

EvaporaçãoÉ a formação de vapores na superfície do líqui-

do. Chamamos velocidade de evaporação à razão entre a massa de vapor formado e o tempo de eva-poração. Os líquidos capazes de evaporação intensa à temperatura ordinária, chamam-se voláteis (éter,


7EM

_V_F

IS_0

14

álcool) e os demais líquidos são chamados fixos (mercúrio, azeite etc.).

A evaporação obedece às seguintes leis de Dalton:

a evaporação em atmosfera livre é contínua;a)

a velocidade de evaporação é proporcional à b) diferença entre a pressão máxima do vapor à temperatura do líquido e a pressão que ele possui na atmosfera;

a velocidade de evaporação é inversamente c) proporcional à pressão atmosférica;

a velocidade de evaporação é proporcional à d) área da superfície livre do líquido.

Essas leis podem ser expressas pela fórmula:

V = KS (F – f)

Pr

onde K é uma constante dependente da natu-reza do líquido e do estado de agitação do ar, S é a área de superfície livre do líquido, (F – f) é a diferença entre a tensão máxima do vapor à temperatura do líquido e a tensão que ele possui na atmosfera e Pr é a pressão atmosférica.

EbuliçãoÉ a passagem tumultuosa do estado líquido para

o estado gasoso, com presença de bolhas gasosas. Segue, também, três leis:

sob pressão constante, cada líquido entra em a) ebulição a uma determinada temperatura, denominada ponto de ebulição;

sob pressão constante, a temperatura perma-b) nece invariável, enquanto durar o fenômeno da ebulição;

a c) pressão de vapor produzido durante a ebu-lição é igual à pressão exterior.

Diversos fatores podem influir sobre o ponto de ebulição de um líquido:

a pressãoa) : o aumento de pressão retarda o ponto de ebulição; inversamente, a baixa de pressão permite que o líquido ferva em temperatura mais baixa, podendo a água entrar em ebulição mesmo à temperatura de 0°C, sob a campânula de uma máquina pneumática;

a natureza do vasob) : em vasos metálicos os lí-quidos fervem mais facilmente que em vasos de vidro, o que se deve à maior quantidade

de bolhas de ar aderentes à parede e que facilitam a ebulição.

a presença de bolhas gasosasc) : notamos que a presença de bolhas gasosas no seio do líquido acelera a ebuIição; é por isso que um líquido ferve em temperatura cada vez mais elevada quando é submetido a ebulições sucessivas no mesmo vaso e dizemos, então, que o líqui-do entra em superaquecimento;

a dissolução de substâncias no líquidod) : a ebu-lição sofre uma variação de tempo, de acordo com a lei de Raoult.

CalefaçãoVaporização abrupta, quase instantânea, que

ocorre quando uma gota de líquido entra em contato com uma superfície muito quente, com temperatura bem acima da temperatura normal de ebulição.

DestilaçãoÉ o fenômeno de vaporização de um líquido

seguido da condensação do vapor. Tem por fim se-parar, em uma mistura, substâncias diferentemente voláteis, permitindo obter líquidos puros; industrial-mente, essa operação se realiza no alambique.

LiquefaçãoÉ a passagem do estado gasoso para o estado

líquido; inicialmente, foi obtida por compressão ou por resfriamento, ou ainda, pelos dois processos, mas alguns gases, como o hidrogênio, oxigênio, nitrogê-nio, metano etc. não puderam ser liquefeitos e foram, por isso, considerados gases permanentes.

O físico inglês Andrews demonstrou, porém, a existência, para cada gás, de uma temperatura críti-ca, acima da qual o gás não pode ser liquefeito por compressão. A pressão capaz de liquefazer um gás à temperatura crítica chama-se pressão crítica; densida-de crítica é a densidade apresentada na temperatura crítica e volume crítico é o volume da unidade de massa a essa temperatura, que é também chamada ponto crítico.

A distinção entre gás e vapor pode ser feita do seguinte modo: gás é um fluido aeriforme quando acima de sua temperatura crítica e vapor é o fluido abaixo dessa temperatura. Em outras palavras, o vapor pode ser liquefeito por simples compressão, mas o gás exige primeiro um resfriamento que o leve a uma temperatura inferior à crítica.


8 EM

_V_F

IS_0

14

Curvas de AndrewsSão curvas representadas num gráfico Prx ; que

mostram as fases da substância, o ponto crítico e a temperatura crítica.

vaporizaçãocondensação

Curvas de Andrews para a H2O: a inclinação negativa da uma de fusão mostra o comportamento anômalo da água.

Curvas de Andrews para a CO2. A inclinação negativa da curva de fusão mostra o comportamento anômalo da água.

Propagação do calorPodemos considerar três processos de propagação

do calor:

ConduçãoÉ a maneira clássica de propagação nos sólidos;

se aquecermos, numa chama, a extremidade de uma barra metálica, verificaremos, segurando a outra extremidade, que aos poucos ela vai se aquecendo, embora não esteja em contato direto com a chama; dizemos, então, que o calor atinge o outro extremo por condutibilidade ou por condução.

Podemos explicar a condutibilidade por meio do movimento dos átomos: estes na extremidade em contato com o fogo, têm o seu movimento aumenta-do, por meio de choques que recebem das partículas aquecidas e emitidas pelo corpo em combustão (gás, carvão etc.); os choques recebidos pelas partículas do corpo aquecido, aumentando a energia cinética das mesmas, faz com que choques sejam efetuados contra os demais átomos do corpo; isto se transmite portanto, de camada em camada do corpo e, por fim, o corpo todo se encontra aquecido.

Podemos comparar o sólido a uma coleção de bolas elásticas, que representam as moléculas, bem afastadas uma das outras e unidas, cada uma, às imediatamente vizinhas, por meio de molas (as forças elásticas das molas representam aqui as forças atra-tivas entre as moléculas) se as bolas de um lado se põem a oscilar, o movimento se propaga rapidamente por todo o sólido.

Os sólidos podem ser classificados como bons e maus condutores de calor; os metais, por exemplo, conduzem melhor o calor; isso se deve ao fato da sua estrutura microcristalina bem regular, que permite a transmissão dos movimentos oscilatórios das molé-culas ao longo do corpo, com rapidez.

Ingenhouz provou, usando a aparelho mostra-do na figura a seguir, a diferente condutibilidade do calor nos sólidos: a caixa tem uma de suas paredes atravessada por hastes de diferentes substâncias, cujas extremidades livres são cobertas com parafina. Colocando-se água quente na parte interna da caixa, notamos que a parafina não derrete, ao mesmo tempo, em todas elas.


9EM

_V_F

IS_0

14

Se pegarmos uma chapa de espessura d, área de superfície A e mantivermos entre suas faces uma diferença de temperatura constante θ1 e θ2 (θ1 > θ2), observaremos um fluxo de calor (Φ) atravessando a chapa.

Fourier determinou, teoricamente, que o fluxo de

calor vale Φ = k A (θ1–θ2) d

, em que k é a constante de

condutibilidade do material; como Φ = Q Δt

, podemos

escrever: Q = k A ( 1– 2)Δtd

.

Abaixo apresentamos uma tabela com os valo-res de k em alguns materiais:

material k (cal/cm s °C) material k (cal/cm s °C)

prata 9,90 x 10 – 1 concreto 4,10 x 10 – 3

cobre 9,20 x 10 – 1 vidro 2,50 x 10 – 3

alumínio 5,04 x 10 – 1 madeira 2,00 x 10 – 4

aço 1,20 x 10 – 1 feltro 1,08 x 10 – 4

chumbo 8,30 x 10 – 2 cortiça 1,02 x 10 – 4

mercúrio 2,00 x 10 – 2 ar 5,30 x 10 – 5

Temos várias aplicações da condutibilidade:

as panelas são de metal (bom condutor), mas a) os cabos são de madeira, borracha, plástico (maus condutores);

cobrimos os dutos de ar-condicionado com b) isopor para evitar perdas;

as telas de arame colocadas sobre a chama do c) bico de Bunsen: como elas conduzem bem o calor, se acendermos o gás abaixo da tela (R), as chamas (C) se mantêm somente na parte inferior da tela;

R R

BA

a lâmpada de segurança dos mineiros (Lâm-d) pada de Davy): a chama é envolvida por uma tela metálica que, por ser boa condutora de calor, impede que o calor a atravesse, evitan-do risco de incêndio ou explosão.

ConvecçãoA propagação por convecção é realizada em flui-

dos (líquidos ou gases) e é um processo de transferência de energia térmica por movimento de matéria.

Na convecção natural, o calor transmitido pro-voca diferença de densidade no fluido e gera um movimento natural de porções do líquido ou gás; na convecção forçada, a massa do fluido é movimentada por um dispositivo mecânico, como um ventilador, por exemplo.

Um fluido ao ser aquecido se expande, de modo que diminui a sua densidade e, dessa forma, sobe através de regiões da substância líquida de maior densidade e mais frias. Esse processo é contínuo e a circulação tende a manter o líquido aquecido de maneira uniforme; a convecção térmica é uma trans-ferência de energia térmica, de uma região a outra, pelo transporte de matéria.


10 EM

_V_F

IS_0

14

Numa geladeira, notamos que as prateleiras são vazadas e o congelador é sempre colocado na parte superior; assim as prateleiras não impedem as correntes de convecção e o ar quente, como é menos denso sobe até o congelador, onde esfria e desce, mantendo toda a geladeira, praticamente, à mesma temperatura.

Congelador

Podemos notar nos pássaros com grande enver-gadura de asas, que eles circulam em uma determi-nada região sem bater as asas, mas subindo cada vez mais por causa das correntes de convecção presentes no ar.

IrradiaçãoDá-se o nome de irradiação do calor à sua pro-

pagação por meio de ondas eletromagnéticas; ao calor que se propaga por irradiação dá-se o nome de calor radiante.

O calor radiante chama-se calor obscuro quan-do é emitido por um corpo quente não-luminoso, tal como um vaso cheio d’água a ferver; e chama-se calor luminoso se é emitido pelos corpos quentes luminosos, tais como o Sol, os metais incandescentes, as chamas etc.

Podemos considerar seis leis para o calor ra-diante:

um corpo emite calor em todas as direções e a) sentidos;

admitido um meio homogêneo, o calor radian-b) te se propaga em linha reta;

o calor radiante, como onda eletromagnética, c) se transmite no vácuo;

a intensidade de calor radiante é proporcional d) à temperatura absoluta da quarta potência;

a intensidade de calor radiante é inversamen-e) te proporcional ao quadrado da distância à fonte calorífica;

a intensidade de calor radiante é proporcional f) ao cosseno do ângulo de incidência.

Os corpos podem ser considerados como diatér-manos, quando não são aquecidos pelo calor radiante e atérmanos quando o são. Existem materiais como o vidro e o próprio ar, que são diatérmanos para o calor radiante luminoso e atérmanos para o calor radiante obscuro.

A irradiação obedece às seguintes leis:

Lei de Prevost ou dos intercâmbiosa) : todos os corpos estão, continuamente, irradiando energia calorífica; admitido um estado de equilíbrio térmico, a energia irradiada por um corpo é igual à energia absorvida por ele, sob forma de radiação, dos corpos cir-cundantes.

Lei de Kirchhoffb) : a uma dada temperatura, um corpo que é bom absorvedor de calor é também um bom emissor de calor.

Lei de Stefan-Boltzmannc) : a potência emissiva total (energia radiante total por segundo por metro quadrado) do corpo negro é proporcio-nal à quarta potência da temperatura abso-luta da fonte calorífica; a potência emissiva total pode ser chamada de emissividade (e) e podemos escrever: ecorpo negro = σ T4, onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann e vale

5,735 x 10–8, W

m2K4 ; um corpo qualquer tem

emissividade igual à uma fração da emissi-vidade do corpo negro, ou seja, ecorpo real = a σ T4, onde a representa a absorvidade, isto é, a fração da energia radiante absorvida pelo corpo.

(UFSC) Um corpo recebe de uma fonte 5 000cal/min, 1. sem ceder calor. O gráfico fornece a temperatura θ do corpo em função do tempo t. A capacidade térmica do corpo em cal/ºC é:


11EM

_V_F

IS_0

14

150a)

250b)

350c)

200d)

180e)

Solução: ` D

Como: Po = Qt

podemos escrever: Q = Po . t e subs-

tituindo pelos valores Q = 5 000 . 2 = 10 000cal; como a variação de temperatura sofrida foi (60 – 10), vem:

C = 10 00050

= 200cal/°C.

(UFF) O gráfico abaixo refere-se à quantidade de calor 2. fornecida a 10 litros de água e à consequente variação de temperatura.

(103J)

O calor específico da água é J . kg–1 . K –1 igual a:41,8a)

23,9b)

1,0c)

4,18 × 10d) 3

2,9 × 10e) 2

Solução: ` D

Sendo c = Qs

m e admitindo-se que 1 litro de água

corresponde a 1kg , teremos c = 2717 . 103

10 . 65 ou

c = 4,18 . 103 J

kgK.

(Benett) As quantidades de calor recebidas por dois 3. corpos, A e B, em função de suas temperaturas, estão mostradas no gráfico abaixo.

Com base no gráfico, podemos afirmar que:o calor específico de A é maior que o de B.a)

o calor específico de B é maior que o de A.b)

a capacidade térmica de A é maior que a de B.c)

a capacidade térmica de B é maior que a de A.d)

a capacidade térmica de A é igual a de B.e)

Solução: ` C

No gráfico Q X , a tangente do ângulo entre a curva e o eixo , representa a capacidade térmica (C); podemos então notar que A > B e como são ambos de 1.º quadrante, tg

A > tg B, ou seja, C A > C B.

(Fuvest) Um aquecedor de água, que utiliza energia 4. solar, absorve, num dia ensolarado, uma potência de 2 000 W. Para aquecer 100 litros de água, desde 15ºC até 40ºC nesse aquecedor, desprezando-se as perdas, serão necessários, aproximadamente:(calor específico da água = 4 000J . kg–1 . K–1)

10 minutos. a)

20 minutos.b)

40 minutos.c)

80 minutos.d)

160 minutos.e)

Solução: ` D

Como Po = Q

t, podemos escrever t =

Q

Po

=

m c

Po

e por ser calor do tipo sensível, t = m c

Po

;

admitindo-se que 1 litro de água corresponde a 1kg,

teremos t = 100 . 4 000 . (40 – 15)

2 000 t = 5 000s,

pois estamos trabalhando no SI; como a questão

pede em minutos: t = 5 000

60 ou t = 83,33.

(FCM-UEG) Um calorímetro contém 200 gramas de 5. água a 15°C. Derramam-se nele 25 gramas de água a 80°C. A temperatura final é de 20°C. Qual o equivalente em água do calorímetro?

Solução: `

Q80 + Q15 + Qcal = 0

–1 500 + 1 000 + 5 m . c = 0 ou 500 = 5 m . c;

⇒m . c = 100, donde E água = 100g


12 EM

_V_F

IS_0

14

6. (Elite) Em um mesmo recipiente, colocamos 100 gramas de água a 20°C, 60 gramas de água a 50°C, 150 gramas a 10°C e 200 gramas de água a 30°C. Desprezando-se a capacidade calorífica do recipiente, pede-se a temperatura final da mistura.

Solução: `

Q20 + Q50 + Q10 + Q30 = 0

100 . 1 . (T – 20) + 60 . 1 . (T – 50) + 150 . 1 . (T – 10) + 200 . 1 .(T – 30) = 0

10T – 200 + 6T – 300 + 15T – 150 + 20T – 600 = 0

51T = 1 250 T ≅ 24,5°C

(IME) Tem-se quantidades determinadas de dois lí-7. quidos quimicamente indiferentes e a temperatura de 0ºC. Transferindo-se quantidades de calor iguais para os dois líquidos, eles atingem, respectivamente, as temperaturas de 20ºC e 25ºC. Misturando-se os dois líquidos em um vaso adiabático, a temperatura final de equilíbrio será de:

20ºCa)

25ºCb)

22ºCc)

24ºCd)

23ºCe)

Solução: ` C

CA = Q

20 CB =

Q

25

CA

CB

= 5

4

CA(T – 20) + CB(T – 25) = 0

5

4CB(T – 20) + CB (T – 25) = 0

5T – 100 + 4T – 100 = 0

9T = 200 T = 200

9 ≅ 22°C

(Fuvest) A temperatura do corpo humano é cerca de 8. 36,5ºC. Uma pessoa toma um litro de água a 10ºC. Qual a energia absorvida pela água?Solução: `

O homem é um animal homeotermo, isto é, não vai haver equilíbrio térmico entre o corpo humano e a água absorvida; o corpo despenderá energia para aquecer a água que foi bebida até que ela chegue a 36,5°C, mas ele não experimentará variação sensível de temperatura; então:

Qabs = mágua cágua ( água – ’água )

Qabs = 1 . 4,186 . 103 ( 36,5 – 10 )

Qabs = 110,93 . 103

Qabs = 1,1 .105J

(UEG) A uma mistura de 10 gramas de gelo e 30 gramas 9. de água em equilíbrio térmico, junta-se um fragmento de ferro com 50 gramas à temperatura de 100°C. Qual é o estado final da mistura s?

Dados : cferro 0,1cal/g °C, cgelo = 0,5cal/g°C e Lfusão = 80cal/g.

Solução: `

Vamos proceder como nos exemplos dados:QcedA

= QcedB ; vamos considerar que todo o gelo se der-rete e a água proveniente do gelo é aquecida até a eq ;

QcedA= Qferro = m c e, portanto, Q ferro = 50 x 0,1

x (100 – eq ) = 500 – 5 eq

QrecB = Qágua + Qgelo ; como

Qágua = m c = 30 x 1 x ( eq – 0) porque como a água e o gelo estavam, inicialmente, em equilíbrio térmico, as suas temperaturas eram 0°C e então:

Qágua = 30 eq; para o gelo

Qgelo = mL + m c ou

Qgelo = 10 x 80 + 10 x 1 x ( eq – 0), donde

Qgelo = 800 + 10 eq; como

Qferro = Qágua + Qgelo , teremos

500 – 5 eq = 30 eq + 800 + 10 eq ,

portanto:

–300 = 45 eq eq = –6,67.

Cuidado, essa resposta é absurda, pois a temperatura final não pode ser maior que a maior das temperaturas dos corpos, nem menor que a menor delas. A resposta então é 0°C, significando que nem todo o gelo se derrete e, so-brando água e gelo em equilíbrio térmico, a temperatura será, sob pressão normal, 0°C . Podemos demonstrar que: o valor máximo do calor cedido pelo ferro será quando ele for levado a 0°C, ou seja:

Qgelo + Qferro = 0

mgeloLfusão + mferrocferro (0 – ferro) = 0

80m + 50 . 0,1 . (0 – 100) = 0

m = 6,25g sobraram 3,75g de gelo à temperatura de 0°C.


13EM

_V_F

IS_0

14

(Fac. Nac. Med.) A hipotermia induzida consiste em bai-10. xar a temperatura do paciente a um nível determinado, com fins cirúrgicos ou terapêuticos. Uma das técnicas utilizadas é a imersão do paciente numa banheira cheia de uma mistura de água e gelo em equilíbrio, após haverem sido ministrados medicamentos que eliminam a reação do organismo contra o frio. Considere um paciente de massa corpórea igual a 70kg, sendo o calor específico do corpo humano praticamente igual ao da água. Ao ser mergulhado na banheira, a temperatura corpórea era de 40°C. Ao fim de um dado período de imersão, tanto o paciente quanto a água que o banhava estavam a 20°C. Supondo que não haja produção de calor no corpo durante o processo, nem troca calórica entre o sistema e o ambiente, calcule a massa de gelo inicialmente presente no banho.

Dados: massa total de gelo e água = 50kg

Lfusão = 80cal/g

5g a)

50gb)

500g c)

5 000gd)

nenhum dos valores acima.e)

Solução: ` D

Qcedcorpo = Qrecágua + gelo

Qcorpo = m c = 70 x 103 x 1 x (40 – 20) ou

Qcorpo = 1,4 x 106cal

Qágua + gelo = mágua c + mgeloL + mgelo c

Qágua + gelo = mágua x 1 x (20 – 0) + mgelo x 80 + mgelo

x 1 x (20 – 0)

Qágua + gelo = (50 x 103 – mgelo) x 1 x 20 + 80mgelo +

+ 20mgelo

Qágua + gelo = 1 x 106 – 20mgelo + 100mgelo

Qágua + gelo = 1 x 106 + 80mgelo

1,4 x 106 = 1 x 106 + 80mgelo ou

0,4 x 106 = 80mgelo mgelo = 5 000g

O gráfico indica a curva de aquecimento de uma subs-11. tância pura inicialmente sólida. A massa aquecida é igual a 20,0g e o calor latente de fusão da substância é 1,5cal . g–1.

A temperatura de fusão da substância, em graus Celsius, vale:

0,0a)

20b)

30c)

40d)

50e)

Solução: ` D

A questão envolve apenas o poder de observação do aluno: pela leitura direta do gráfico, constatamos que o ponto de fusão é 40°C, pois ocorre um patamar nessa parte do gráfico.

(FAC. NAC. MED.) Uma massa de água de 228 quilo-12. gramas está a 37,5°C. Qual a massa de gelo fundente que será necessária acres centar para que a temperatura final seja 15°C ?

Dado : calor de fusão do gelo 80cal/g.

Solução: `

Q cedA = Qágua

Qágua = m . c = 228 . 103 . 1 . (37,5 – 15)

Para o gelo teremos:

Qgelo = Qfusão + Qsensível = mL + m . c e, portanto,

Qgelo = m . 80 + m .1(15 – 0); igualando as duas ex-

pressões, vem:228 . 103 . 22,5 = 95m ou 5 130 . 10 3 = 95m

m = 54 x 103g = 54kg.

(Cesgranrio) Para refrescar uma bebida, costuma-se 13. colocar cubos de gelo a 0ºC.


14 EM

_V_F

IS_0

14

A razão de preferir-se pôr gelo (a 0ºC) em vez da mesma massa de água (a 0ºC) é que:

parte do calor necessário para fundir o gelo é a) retirada da bebida, esfriando-a.

tendo o gelo densidade menor que a água, ele b) flutua, e a água da fusão acumula-se na bebi-da.

a temperatura de fusão do gelo é igual à tempe-c) ratura de congelamento da água.

o gelo condensa o vapor de água, esfriando as-d) sim a bebida.

o gelo retira o seu calor latente de fusão do ar e) ambiente, cedendo-o ao líquido da bebida.

Solução: ` A

Se colocássemos água a 0°C na bebida, cada massa de 1g de água retiraria 1 caloria da bebida e subiria para 1°C ; usando-se gelo a 0°C, cada 1g de gelo, só para se fundir, retiraria 80cal da bebida, e aí, transformado em água, retiraria 1 caloria da bebida e subiria para 1°C

(UFF) Se você desejar que a água de uma panela ferva 14. à temperatura ambiente, deverá:

aumentar a quantidade de fogo sob a panela.a)

aumentar a área da panela em contato com a chama.b)

utilizar menor quantidade de água.c)

utilizar uma panela cujo material tenha elevada con-d) dutibilidade térmica.

diminuir a pressão sobre a água.e)

Solução: ` E

Como podemos observar pelas Curvas de Andrews, a diminuição de pressão provoca abaixamento da tempe-ratura de ebulição.

(UFF) Analise as afirmativas abaixo:15.

Num dia frio, uma pessoa parece soltar “fumaça” 1. pela boca ao respirar, porque o ar expelido se con-densa ao ter sua pressão diminuída.

O gelo derrete a uma temperatura que depende da 2. pressão a que ele está submetido.

Numa panela de pressão, a água ferve a uma tem-3. peratura maior do que 100ºC, porque dentro da panela a pressão é maior que 1,0atm.

Dentre essas afirmativas:

apenas a 1 é correta.a)

apenas a 2 é correta.b)

apenas a 3 é correta.c)

apenas 1 e 3 são corretas.d)

apenas 2 e 3 são corretas.e)

Solução: ` E

Afirmativa 1: errada porque o ar expelido pelos pulmões está mais quente que o meio externo e por isso se condensa.

Afirmativa 2: correta, como podemos notar pelas curvas de Andrews; o aumento de pressão produz abaixamento do ponto de fusão (para a água essa curva é anômala).

Afirmativa 3: correta, como também podemos notar pelas curvas de Andrews; o aumento de pressão produz elevação do ponto de ebulição; geralmente na panela de pressão a água ferve a 115°C.

(UFGO) É comum, entre estudantes do Ensino Mé-16. dio, a ideia de que a Física é uma disciplina difícil, muito teórica e de pouca utilidade para a nossa vida. Alguns até dizem “Pra que Física no vestibular, se nunca mais vou precisar dela?”. Essa concepção é equivocada, pois os conceitos, leis e princípios da Física estão presentes na compreensão de muitas situações do cotidiano. Por exemplo:

Os alimentos cozinham mais rapidamente numa a) panela de pressão do que numa panela comum, porque com o aumento da pressão a água en-tra em ebulição a uma temperatura maior que 100°C.

Ao esquecer aquela cervejinha dentro do con-b) gelador, você a encontra estourada; isso acon-teceu porque a temperatura muito baixa faz o vidro trincar.

Costumam-se utilizar bolinhas de naftalina em c) armários para afastar insetos. Passado algum tempo, nota-se que as bolinhas desaparecem. Isso acontece não porque a barata comeu a naftalina, mas porque esta sublimou à tempe-ratura ambiente.

Quais são as afirmativas verdadeiras?

Solução: ` A e C

A afirmativa a) está correta, como pode ser visto nas Curvas de Andrews; a b) está errada porque a garrafa arrebenta por causa da dilatação anômala da água; a c) está correta porque a naftalina é uma das substân-cias que sublimam na temperatura ambiente.


15EM

_V_F

IS_0

14

(Viçosa) Uma barra de metal e outra de madeira estão 17. em equilíbrio térmico. Uma pessoa, ao tocá-las, nota que a de metal está mais “fria” que a de madeira. Pode-se afirmar, corretamente, que isso ocorre porque:

a temperatura da madeira é maior que a do metal.a)

a condutividade térmica do metal é menor que a da b) madeira.

o calor específico da madeira é menor que o do c) metal.

a temperatura da madeira é menor que a do metal.d)

a condutividade térmica do metal é maior que a da e) madeira.

Solução: ` EQuando pegamos dois materiais quaisquer, à mesma temperatura, temos a sensação de que um está a tem-peratura menor do que o outro; isso se deve ao fato de que um deles está conduzindo mais calor do nosso corpo do que o outro, isto é, esse efeito aparece em função da diferente condutibilidade dos materiais

(UFGO) Quais as afirmações corretas?18.

Uma pessoa sente frio quando ela perde calor rapi-I. damente para o meio ambiente.

Quando tocamos em uma peça de metal e em um II. pedaço de madeira, ambos à mesma temperatura, o metal nos dá a sensação de estar mais frio que a madeira porque, sendo o metal melhor condutor térmico que a madeira, haverá uma menor transfe-rência de calor de nossa mão para a peça metálica que para o pedaço de madeira.

Um pássaro eriça suas penas no inverno para manter III. ar entre elas, evitando, assim, que haja transferência de calor de seu corpo para o meio ambiente.

Nas mesmas condições, um corpo escuro absor-IV. ve maior quantidade de radiação térmica que um corpo claro.

Solução: `Afirmativa I correta: a sensação normal de frio é a perda de calor para o meio ambiente.

Afirmativa II errada: no trecho em que diz “haverá menor transferência de calor”, pois é justamente o contrário.

Afirmativa III correta: o ar parado é um bom isolante térmico.

Afirmativa IV correta: após algum tempo, o corpo escuro passar a emitir radiação térmica (Lei de Prevost).

(Mackenzie) Numa noite fria, preferimos usar 19. cobertores de lã para nos cobrirmos. No entanto, antes de deitarmos, mesmo que existam vários cobertores sobre a cama, percebemos que ela está fria, e somente nos aquecemos depois que estamos sob os cobertores há algum tempo. Isso se explica porque:

o cobertor de lã não é um bom absorvedor de a) frio, mas nosso corpo sim.

o cobertor de lã só produz calor quando está em b) contato com nosso corpo.

o cobertor de lã não é um aquecedor, mas ape-c) nas um isolante térmico.

enquanto não nos deitamos, existe muito frio na d) cama que será absorvido pelo nosso corpo.

a cama, por não ser de lã, produz muito frio e e) a produção de calor pelo cobertor não é sufi-ciente para seu aquecimento sem a presença humana.

Solução: ` CUm cobertor que esquenta é, por exemplo, um co-bertor elétrico; o cobertor comum, como qualquer agasalho, é um isolante térmico, isto é, um dispositivo que dificulta a saída do calor do nosso corpo

(Mackenzie) Uma mesma quantidade de calor é forne-1. cida a massas iguais de água e alumínio inicialmente à mesma temperatura. A temperatura final do corpo de alumínio é maior que a da água, pois o alumínio tem:

maior calor específico.a)

menor calor específico.b)

menor calor latente.c)

maior densidade.d)

menor densidade.e)

(Fuvest) Dois corpos, A e B, inicialmente às temperaturas 2. tA = 90oC e tB = 20oC, são postos em contato e isolados


16 EM

_V_F

IS_0

14

termicamente do meio ambiente. Eles atingem o equilí-brio térmico à temperatura de 45oC. Nessas condições, podemos afirmar que o corpo A:

cedeu uma quantidade de calor maior do que a ab-a) sorvida por B.

tem uma capacidade térmica menor que a de B.b)

tem calor específico menor que o de B.c)

tem massa menor que a de B.d)

cedeu metade da quantidade de calor que possuía e) para B.

(Cesgranrio) Qual dos gráficos melhor representa a 3. variação de temperatura de um corpo (ordenada) após ser colocado em contato térmico com outro mais quente, em função do tempo (abscissa)?

a)

b)

c)

d)

e)

(USS) “O Juliano foi à praia e 4. ao mergulhar na água sofreu um choque térmico”. A expressão “choque tér-mico” significa:

falta de preparo físico.a)

baixo calor específico.b)

variação brusca de temperatura.c)

alto coeficiente de dilatação volumétrica.d)

alto calor específico.e)

(PUC-SP) Para aquecer certa massa de água, de 105. oC a 30 oC, foi gasta uma certa quantidade de calor Q. Para aquecer metade dessa massa, de 15oC a 25oC, será necessária uma quantidade de calor:

2Qa)

Qb)

4Qc)

t

T

t

T

t

T

t

T

t

T

Q/2d)

Q/4e)

(Fuvest) A temperatura do corpo humano é de 36,56. oC . Uma pessoa toma 1 litro de água a 10o C. Qual a energia absorvida pela água?

10kcala)

26,5kcalb)

36,5kcalc)

46,5kcald)

23,25kcale)

(Unirio) Para a refrigeração do motor de um automóvel, 7. tanto se pode usar o ar como a água. A razão entre a massa de ar e massa de água para proporcionar a mesma refrigeração no motor do automóvel deve ser igual a:

(car = 0,25cal./goC e cágua = 1,0cal./goC)

0,25a)

1,0b)

1,2c)

2,5d)

4,0e)

(Uerj) A quantidade de calor necessária para ferver a 8. água que enche uma chaleira comum de cozinha é, em calorias, da ordem de:

10a) 2

10b) 3

10c) 4

10d) 5

(UFRN) Um corpo de massa igual a 1kg recebeu 10kcal, 9. e sua temperatura passou de 50ºC para 100ºC. Qual o calor específico desse corpo?

(UFJF) Para uma criança que está com febre alta, é 10. comum o médico indicar que ela seja banhada em água morna ou fria, de modo a baixar a sua temperatura. Explique fisicamente como isso ocorre.

(Unirio) Num recipiente adiabático que contém 1,0 litro 11. de água, colocou-se um bloco de ferro de massa igual a 1,0kg. Atingindo o equilíbrio térmico, verificou-se que a temperatura da água aumentou em 50oC, enquanto o bloco se resfriou em algumas centenas de graus Celsius.

Isso ocorreu em virtude da diferença entre suas (seus):

capacidades térmicas.a)

densidades.b)


17EM

_V_F

IS_0

14

calores latentes.c)

coeficientes de dilatação térmica.d)

coeficientes de condutibilidade térmica.e)

(UGF) Em uma garrafa térmica, suposta ideal, misturam-12. se 1 copo de leite a 80ºC com 2 copos de leite a 20ºC. Então, a temperatura do leite no interior da garrafa térmica ficou sendo de:

30ºCa)

40ºCb)

50ºCc)

60ºCd)

70ºCe)

(Cesgranrio) Um pedaço de metal, à temperatura de 13. 100oC, é mergulhado num calorímetro contendo uma massa de água, a 20oC, igual à massa do metal. A tem-peratura de equilíbrio é 30oC. O valor do calor específico do metal é:

0,10cal/g a) oC

0,14cal/g b) oC

0,88cal/g c) oC

1,1cal/g d) oC

7,0cal/g e) oC

(FOA-RJ) Um calorímetro de capacidade térmica 14. 10cal/oC contém 80 gramas de água a 20oC. Um cor-po de 50 gramas a uma temperatura T é colocado no interior do calorímetro. Se a temperatura de equilíbrio térmico é de 30oC e o calor específico do corpo vale 0,2cal/goC, calcule T.

20a) oC

30b) oC

50c) oC

100d) oC

120e) oC

(USS) Um recipiente de paredes adiabáticas é dividido, 15. por uma fina lâmina de prata (excelente condutora de calor), em duas câmaras estanques. Em uma das câma-ras, é colocado 1,0kg de água à temperatura de 21oC e, na outra, são colocados 3,0kg de glicerina a 35oC.

A figura a seguir ilustra a evolução com o tempo das temperaturas da água (θ1)e da glicerina (θ2 ), medidas por termômetros inseridos nas respectivas câmaras.

Da análise dessa experiência, pode-se concluir que o calor específico da glicerina vale, aproximadamente:

0,20a)

0,30b)

0,40c)

0,50d)

0,60e)

(AFA) Um corpo A foi colocado em contato com 16. outro corpo B, e suas temperaturas variam de acordo com o gráfico abaixo.

Sendo a massa de B o dobro da massa de A, e considerando que as trocas de calor tenham ocorrido apenas entre os dois, a razão entre o calor específico de A e o calor específico de B (cA/cB) vale:

2,5a) 5,0b) 0,4c) 0,2d)

(UFPEL) Um certo calorímetro contém 80g de água a 17. temperatura de 15 oC. Adicionando à água do caloríme-tro 40g de água a 50oC, observa-se que a temperatura do sistema, ao ser atingido o equilíbrio térmico, é de 25oC. Pode-se afirmar que a capacidade térmica do calorímetro é igual a:


18 EM

_V_F

IS_0

14

20cal/a) oC

10cal/b) oC

15cal/c) oC

25cal/d) oC

5cal/e) oC

(PUC-Rio) Uma banheira é cheia com água a 9018. oC até a borda. Uma esfera de cobre de 1cm de diâmetro, à temperatura de 2oC, é em seguida jogada no interior da banheira. Sabendo-se que o calor específico do cobre é aproximadamente 0,09cal/goC, qual das temperaturas abaixo está mais próxima da temperatura da água, 3 minutos após o lançamento da esfera no interior da banheira?

2a) oC

46b) oC

44c) oC

45d) oC

90e) oC

(UFRJ) Três amostras de um mesmo líquido são introdu-19. zidas num calorímetro adiabático de capacidade térmica desprezível; uma de 12g a 25oC, outra de 18g a 15oC e a terceira de 30g a 5oC.

Calcule a temperatura do líquido quando se estabelecer o equilíbrio térmico no interior do calorímetro.(Fuvest) Um recipiente de vidro de 500g com calor 20. específico de 0,20cal/goC, contém 500g de água cujo calor específico é 1,0cal/goC. O sistema encontra-se isolado e em equilíbrio térmico. Quando recebe uma certa quantidade de calor, o sistema tem sua temperatura elevada. Determine:

A razão entre a quantidade de calor absorvida pela a) água e a recebida pelo vidro.

A quantidade de calor absorvida pelo sistema para b) uma elevação de 1,0oC em sua temperatura.

(Fuvest) Um ser humano adulto e saudável consome, em 21. média, uma potência de 120J/s. Uma caloria alimentar (1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0 . 103 J. Para nos mantermos saudáveis, quantas calorias alimentares devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos?

33a)

120b)

2,6 . 10c) 3

4,0 . 10d) 3

4,8 . 10e) 5

(Cesgranrio) Um recipiente de paredes adiabáticas e de 22. capacidade térmica desprezível contém um litro de água

a uma temperatura inicial T. Adicionando a esse sistema

dois litros de água a uma temperatura2T , qual a tempe-

ratura final após estabelecido o equilíbrio térmico?

21a) T

43b) T

Tc)

32d) T

54e) T

(Osec) A quantidade de água, a 2023. oC, que deve ser misturada em um calorímetro ideal com 100g de água, a 80oC, para que a temperatura final da mistura seja de 50oC, vale:

250ga)

200gb)

150gc)

100gd)

50ge)

(UFES) Misturando um litro de água a 7024. oC e dois litros de água a 10oC, obtemos três litros de água a:

70a) oC

40b) oC

35c) oC

30d) oC

20e) oC

(USS) Ao preparar uma xícara de café com leite, um es-25. tudante misturou 50cm3 de café à temperatura de 90oC com 150cm3 de leite a 30oC. Desprezando as perdas, a temperatura de equilíbrio térmico da mistura será de, apro-ximadamente:

40a) oC

45b) oC

50c) oC

55d) oC

60e) oC

(FOA-RJ) Num calorímetro ideal são colocados 388g 26. de água a 10oC e 100g de ferro a 100oC. Sabendo que o calor específico do ferro é de 0,12cal/goC, determine a temperatura de equilíbrio térmico.


19EM

_V_F

IS_0

14

10,8a) oC

12,7b) oC

6,30c) oC

15,0d) oC

25,5e) oC

(Unirio) Em um recipiente termicamente isolado, são 27. misturados 100g de água a 8oC com 200g de água a 20oC. A temperatura final de equilíbrio será igual a:

10a) oC

14b) oC

15c) oC

16d) o C

20e) oC

(UFF) As variações com o tempo das temperatu-28. ras T1 e T2 de dois corpos de massas m1 = 300g e m2 = 900g, respectivamente, estão representadas no gráfico abaixo:

Considerando que os dois corpos trocam calor entre si, mas estão isolados termicamente do universo, pode-se afirmar que a razão entre os calores específicos dos corpos de massas m1 e m2 vale:

1/2a)

1/3b)

1c)

3/2d)

2e)

(UFRJ) Um recipiente de capacidade térmica desprezível 29. contém 1kg de um líquido extremamente viscoso.

Dispara-se um projétil de 2 . 10-2kg que, ao penetrar no líquido, vai rapidamente ao repouso. Verifica-se então que a temperatura do líquido sofre um acréscimo de 3oC.

Sabendo que o calor específico do líquido é 3J/kgoC,

calcule a velocidade com que o projétil penetra no líquido.

(Fuvest) Misturam-se 200g de água a 0ºC com 250g 30. de um determinado líquido a 40ºC, obtendo-se equi-líbrio a 20ºC. Qual o calor específico do líquido, em cal/gºC? Dados: calor específico da água = 1,0cal/gºC; desprezam-se trocas de calor com outros sistemas.

(PUC-SP) Temos 50g de gelo a 031. oC. Que quantidade de calor devemos fornecer à massa de gelo para obter 50g de água a 10oC? (Dados: Lf = 80cal/g; calor específico da água = 1cal/goC)

40 000cala)

40 500calb)

4 500calc)

4 000cald)

8 000cale)

(Unificado) Entre os fatos ou fenômenos indicados a 32. seguir, assinale os que são fundamentalmente caracteri-zados pela liberação ou pela absorção de energia térmica associadas à mudança de estado de uma substância.

A sensação de frio ao soprar sobre a pele molhada.I.

O uso de cubos de gelo para refrescar uma bebida.II.

A formação de gotículas de água na superfície ex-III. terna de um copo contendo água gelada.

I e II somente.a)

I e III somente.b)

II e III somente.c)

I, II e III.d)

II somente.e)

(PUC-RS) A temperatura de fusão de uma substância 33. depende da pressão que é exercida sobre ela. O au-mento de pressão sobre um corpo ocasiona, na sua temperatura de fusão:

um acréscimo, se o corpo ao se fundir, se expande.a)

um acréscimo, se o corpo, ao se fundir, se contrai.b)

um decréscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande.c)

um decréscimo para qualquer substância.d)

um acréscimo para qualquer substância.e)

(UFSC) A razão de sempre se formar uma cavidade 34. sobre um bloco de gelo quando se coloca um objeto sólido sobre ele é:

a diferença entre os calores específicos do bloco e do a) objeto.

a diferença de volume entre o bloco e o objeto.b)


20 EM

_V_F

IS_0

14

a diferença entre as densidades do bloco e do objeto.c)

a diferença de temperatura entre o bloco e o objeto.d)

o aumento da pressão na superfície do bloco, cau-e) sado pelo objeto.

(MED-SM-RJ) O calor latente de fusão do gelo é de 35. 80cal/g. Isso significa que:

com 1cal podemos fundir 80g de gelo.a)

com 80cal podemos aumentar a temperatura do gelo b) de 1oC.

com 80cal podemos fundir qualquer massa de gelo.c)

com 80cal podemos fundir 1g de gelo.d)

com 80cal podemos fundir 1g de gelo e elevar a e) temperatura de 1oC.

(Fuvest) Fornecendo-se 1 200cal a uma substância, 36. fundiram-se 50g da mesma. Qual o calor latente de fusão da substância em cal/g?

12a)

24b)

48c)

120d)

60e)

(Uerj) Uma bolinha de aço a 12037. oC é colocada sobre um pequeno cubo de gelo a 0oC. Em escala linear, o gráfico que melhor representa a variação, no tempo, das temperaturas da bolinha de aço e do cubo de gelo, até alcançarem um estado de equilíbrio, é:

a)

b)

c)

d)

(Unirio) O gráfico abaixo mos38. tra o calor absorvido por uma substância de massa 100g e sua respectiva tem-peratura. Inicialmente ela se encontra no estado sólido, à temperatura de 0oC.

Quais são, respectivamente, o calor gasto para fusão e o calor específico sensível da fase líquida dessa substância?

50cal; 0,01cal/ga) oC.

50cal; 0,02cal/gb) oC.

50cal; 1,0cal/gc) oC.

200cal; 0,02cal/gd) oC.

200cal; 0,01cal/ge) oC.

(Unip) Num recipiente de paredes adiabáticas tem-39. se 60g de gelo a 0oC. Colocando-se 100g de água nesse recipiente, metade do gelo se funde. Qual é a temperatura inicial da água, sabendo-se que o calor específico latente de fusão do gelo é 80cal/g? (Dado: calor específico sensível da água = 1,0cal/goC)

(PUC-SP) Na experiência da figura, um fio metálico com 40. pesos nas extremidades atravessa um bloco de gelo em temperatura inferior à 0oC sem cortá-lo em dois. A região em contato com o fio se liquefaz, voltando a se solidificar após a passagem do fio. Por que isso ocorre?

Responda, tomando como base a mudança de fase. Jus-41. tifique sua resposta.

É possível ferver água a uma temperatura inferior a) a 100°C?

Qual a diferença entre vapor e gás?b)

Ao cozinharmos um alimento, depois de iniciada a c) ebulição da água, abaixamos o fogo. Explique por que o tempo de cozimento não muda.


21EM

_V_F

IS_0

14

(Unificado) Em uma panela de pressão os alimentos 42. cozinham mais rápido que em uma panela comum porque:

sob pressão superior a 1 atmosfera, a água irá fer-a) ver a uma temperatura superior a 100oC.

sob pressão superior a 1 atmosfera, a água irá fer-b) ver a uma temperatura inferior a 100oC.

no interior de tal panela os alimentos ficam sub-c) metidos a baixas pressões, o que facilita a ebulição da água.

sendo a panela hermeticamente fechada, os ali-d) mentos ficam protegidos da ação do vento.

sendo a panela hermeticamente fechada, não há e) praticamente perda de calor.

(Fuvest) Para que a água ferva à temperatura de 50ºC, 43. deve-se:

utilizar uma pequena quantidade de água.a)

utilizar uma panela com ótima condutibilidade térmica.b)

utilizar uma chama muito intensa.c)

utilizar uma panela de pressão.d)

diminuir a pressão sobre a água.e)

(UFF) Analise as afirmativas:44.

Num dia frio, uma pessoa parece soltar “fumaça” I. pela boca ao respirar, porque o ar expelido se con-densa ao ter sua pressão diminuída.

O gelo derrete a uma temperatura que depende da II. pressão a que ele está submetido.

Numa panela de pressão, a água ferve a uma tem-III. peratura maior do que 100oC porque dentro dela é maior que 1,0atm.

Dentre essas afirmativas:

apenas a I é correta.a)

apenas a II é correta.b)

apenas a III é correta.c)

apenas I e III são corretas.d)

apenas II e III são corretas.e)

(PUC-RS) Quando se passa álcool na pele, sente-se 45. que ela esfria naquele local. Isso se deve ao fato de o álcool:

ser normalmente mais frio que a pele.a)

ser normalmente mais frio que o ar.b)

absorver calor da pele para evaporar-se.c)

ser um isolante térmico.d)

ter baixa densidade.e)

(Uerj) Na evaporação de um líquido:46.

a velocidade é maior em ambientes saturados.a)

a velocidade não depende da pressão de vapor do b) líquido no ambiente em que ela se processa.

a velocidade é constante mesmo em ambiente fe-c) chado.

a velocidade não depende da temperatura.d)

a velocidade é proporcional à área da superfície livre e) do líquido.

(PUC-Rio) Nas panelas de pressão utilizadas para cozi-47. nhar alimentos:

a temperatura dos alimentos aumenta enquanto a I. pressão interna se mantém constante.

a temperatura dos alimentos se mantém constante II. enquanto a pressão interna aumenta.

a temperatura e a pressão do vapor interno aumen-III. tam até o vapor ser expelido pela válvula de segu-rança.

a válvula de segurança se abre devido à pressão IV. exercida contra as paredes pelos alimentos sóli-dos.

a temperatura de ebulição da água é maior, pois a V. pressão interna é maior.

A(s) afirmativa(s) correta(s) é(são):

II e IIIa)

III e Vb)

IIIc)

II e Vd)

I e IVe)

(UFF) No gráfico temperatura-tempo do resfriamento 48. de um líquido apresentado abaixo, temos que:

AB, CD e DE correspondem a estados líquidos.a)

apenas em AB ocorre estado líquido.b)

em CD ocorrem, simultaneamente, estado líquido c) e sólido.

apenas em DE ocorre estado líquido.d)

em DE temos o estado gasoso.e)


22 EM

_V_F

IS_0

14

(UFU) A figura representa o diagrama de fases de uma 49. substância simples. Pode-se afirmar que:

se a substância for comprimida isotermicamente a a) partir do estado 3, ela poderá sofrer solidificação.

uma mudança do estado 1 para o estado 2 chama-b) se ebulição.

em 2, a substância se encontra no estado sólido.c)

se a substância for expandida isotermicamente a d) partir do estado 1, ela poderá sofrer sublimação.

em 4, a substância se encontra no estado de vapor.e)

(UFRJ) Misturam-se, num calorímetro de capacidade 50. térmica desprezível, massas iguais de gelo a 0oC e vapor de água a 100oC. Sabendo que o calor de fusão do gelo é de 80cal/g, que o calor de condensação do vapor é de 540cal/g e que o calor específico da água é de 1,0cal/goC, calcule a temperatura do equilíbrio térmico.

Com base na propagação do calor, responda:51.

Explique como uma garrafa térmica conserva cons-a) tante a temperatura dos líquidos colocados em seu interior.

Por que a serragem é melhor isolante térmico que a b) madeira?

Por que o alumínio é um bom isolante, sendo um c) bom condutor de calor?

Explique por que os iglus, embora feitos de gelo, d) possibilitam aos esquimós residir neles.

Explique como funciona uma estufa.e)

Um corpo a 30f) oC é colocado em um quarto que se encontra a 20oC. Faça o esboço do gráfico da temperatura do corpo em função do tempo.

Explique a formação das brisas marítimas durante o g) dia e das brisas terrestres durante a noite.

(UFGO) O sentido da transmissão de calor entre dois 52. corpos depende:

de seus estados físicos.a)

de suas temperaturas.b)

de suas quantidades de calor.c)

de suas densidades.d)

de seus calores específicos.e)

(UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma 53. lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira len-tamente algum tempo após a lâmpada estar acesa.

Esse fenômeno é devido à:

convecção do ar aquecido.a)

condução do calor.b)

irradiação da luz e do calor.c)

reflexão da luz.d)

polarização da luz.e)

(PUC-Minas) A função de uma roupa de inverno é:54.

dificultar a perda de calor do corpo.a)

fornecer calor ao corpo.b)

impedir o ganho de frio pelo corpo.c)

retirar o calor do corpo.d)

retirar o frio do corpo.e)

(PUC-RS) A irradiação é o único processo de transmissão 55. de calor:

nos sólidos.a)

no vácuo.b)

nos fluidos em geral.c)

nos gases.d)

nos líquidos.e)

(PUC-SP) Em qual dos casos a seguir a propagação do 56. calor se dá principalmente por condução?

Água quente que cai do chuveiro.a)

A fumaça que sobe pela chaminé.b)

O cigarro que se acende mediante o uso de uma c) lente que concentra os raios de Sol sobre ele.

A xícara que se aquece com o café quente.d)

A água que é aquecida numa panela colocada sobre e) a chama no fogão.

(UFF) A transmissão de energia térmica de um ponto 57. para outro, graças ao deslocamento do próprio material aquecido, é um fenômeno de:

irradiação.a)

radiação.b)

convecção.c)

emissão.d)

condução.e)


23EM

_V_F

IS_0

14

(Fuvest) A figura ilustra um sistema de aquecimento solar: 58. uma placa metálica P pintada de preto e, em contato com ela, um tubo metálico encurvado; um depósito de água e tubos de borracha T ligando o depósito ao tubo metálico. O aquecimento da água contida no depósito D, pela absorção da energia solar, é devido basicamente aos seguintes fenômenos pela ordem:

condução, irradiação, convecção.a)

irradiação, condução, convecção.b)

convecção, condução, irradiação.c)

condução, convecção, irradiação;d)

irradiação, convecção, condução.e)

(UnB) Nos países de clima frio, são comuns as janelas 59. com três placas de vidro separadas por camadas de ar. Qual é a finalidade dessa medida? Justifique.

(Fuvest) Sabe-se que a temperatura do café se mantém 60. razoavelmente constante no interior de uma garrafa térmica perfeitamente vedada.

Qual é o principal fenômeno responsável por esse a) bom isolamento térmico?

O que acontece com a temperatura do café se a b) garrafa térmica for agitada vigorosamente? Justifi-que.

(Unificado) Para elevar, muito lentamente, a temperatura 1. de um bloco de 100g de metal de 14oC para 39oC, é necessário fornecer 300cal a ele. Qual o calor específico desse metal?

0,10cal/ga) oC

0,12cal/gb) oC

0,14cal/gc) oC

0,25cal/gd) oC

0,34cal/ge) oC

(Uerj) A tabela relaciona a massa em gramas com o calor 2. específico em cal/goC das substâncias que compõem cinco corpos.

Corpo Massa(g) c(cal/g oC)

1 20 0,22

2 30 0,20

3 40 0,11

4 50 0,09

5 60 0,03

A menor capacidade térmica, em cal/oC, é apresentada pelo corpo:

1a)

2b)

3c)

4d)

5e)

(Fuvest) O gráfico representa a variação da temperatura 3. de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser aque-cido por uma fonte que libera energia a uma potência constante de 150cal/min. Como a massa do corpo é de 100g, o seu calor específico, em cal/goC, será de:

t

0,75a)

3,75b)

7,50c)

0,80d)

1,5e)

(PUC-SP) O gráfico abaixo representa o calor Q, em 4. calorias absorvidas por 200g de uma substância, em função da temperatura t, em graus Celsius. O calor específico da substância, em cal/goC, vale:

1,0a)

0,80b)

0,50c)


24 EM

_V_F

IS_0

14

0,20d)

0,10e)

(Unirio) Do gráfico abaixo temos que a quantidade de 5. calor absorvida é de:

250cala)

200calb)

150calc)

100cald)

2cale)

(UFF) Três corpos, 1, 2 e 3, de mesma massa, mas de 6. materiais diferentes estão inicialmente à mesma tempe-ratura T0.

Os corpos recebem a mesma quantidade de calor e atingem temperaturas finais T1, T2 e T3, respectivamente, tais que T1 > T2 > T3.

Assim, os calores específicos c1, c2 e c3 dos materiais dos corpos 1, 2 e 3 respectivamente, satisfazem à seguinte relação:

ca) 1 > c2 > c3

cb) 1 < c2 < c3

cc) 1 = c2 = c3

cd) 1 > c3 > c2

ce) 1 < c3 < c2

Uma fonte fornece, a 600g de uma substância, calor na 7. razão constante de 600cal/min, fazendo com que a tem-peratura t da substância varie com o tempo, conforme o gráfico seguinte:

Determine o calor específico da substância.

A massa do corpo X é o quádruplo da massa do corpo 8. Y. Fornecendo-se a mesma quantidade de calor a es-ses corpos, observa-se que o corpo Y tem variação de temperatura igual ao triplo da variação de temperatura

de X. Determinar a razão entre os calores específicos de Y e X.

Explique a influência do elevado calor específico da 9. água, com relação ao clima em regiões com grandes quantidades de água.

O calor específico de um sólido, à pressão constante, 10. varia linearmente com a temperatura de acordo com o gráfico abaixo.

Qual a quantidade de calor, em calorias, necessária para aquecer 12g desse sólido, de 0oC até 60oC.(UFF) Uma barra de ferro com 800g de massa e 0,5m 11. de comprimento, submetida à temperatura de 130oC, é colocada em um reservatório termicamente isolado que contém 400g de água a 10oC.

Dados:

Calor específico da água = 1cal/goC

Calor específico do ferro = 0,1cal/goC

Coeficiente de dilatação linear do ferro α= 12 . 10-6 oC-1

Ao ser atingido o equilíbrio térmico, o comprimento dessa barra terá se reduzido de:

0,6mma)

1,2mmb)

60mmc)

0,3mmd)

30mme)

(ITA) Cinco gramas de carbono são queimados dentro 12. de um calorímetro de alumínio, resultando o gás CO2. A massa do calorímetro é de 1 000g e há 1 500g de água dentro dele. A temperatura inicial do sistema era de 20oC e a final de 43oC. Calcule o calor produzido (em calorias) por grama de carbono.

(cAl = 0,215cal/g.oC; cágua= 1cal/g.oC; despreze a pequena capacidade calorífica do carbono e do dióxido de carbono)

7,9kcala)

7,8calb)

39kcalc)

57,5kcald)

11,5kcale)

(Uenf) Num laboratório, dispõe-se de dois calorímetros 13. perfeitamente adiabáticos, A e B, de 300g cada um, à temperatura de 20,0oC. O calorímetro A é de cobre, o B é de vidro e esses materiais tem calores específicos


25EM

_V_F

IS_0

14

respectivamente iguais a 0,0900cal/goC e 0,120cal/goC. Um aluno colocou, no interior de um dos calorímetros, 100g de álcool a –10,0oC e 147g de água a 80oC, obten-do equilíbrio térmico a 50,0oC. Os calores específicos do álcool e da água são, respectivamente, iguais a 0,600cal/gºC e 1,00 cal/gºC. Identifique o calorímetro utilizado. Justifique a sua resposta.

(UFRJ) Um projétil de chumbo, com massa de 80,0g 14. à temperatura de 30oC, atinge, com a velocidade de 250m/s, um anteparo rígido e em seguida cai em um calorímetro de mistura. Supondo que toda a sua energia cinética se transforma em calor na massa de chumbo e que não há perdas, pede-se:

A temperatura após o choque.a)

A temperatura a que se eleva a água do caloríme-b) tro, o qual contém 180g de água inicialmente a 30oC, e cujo equivalente em água é de 20g. Dados: cPb = 0,03cal/goC e cÁGUA = 1cal/goC.

(Cefet-RJ) Em um recipiente de alumínio são coloca-15. dos 4 000g de água, inicialmente a 100oC, que depois de duas horas chegam a 20oC. Durante o processo de resfriamento, ao final de cada meia hora as tem-peraturas anotadas foram 80oC, 60oC, 40oC e 20oC. (Dados Cágua = 1,0 . Para as informações acima:

Esboce o gráfico temperatura a) versus tempo, colo-cando todos os valores numéricos pertinentes.

Esboce o gráfico calor perdido b) versus tempo, colocan-do também todos os valores numéricos pertinentes.

(UFF) Um estudante de física, para medir experi-16. mentalmente o calor específico de um metal, operou da seguinte forma: colocou 100g do metal aquecido inicialmente a 100oC no interior de um recipiente isolado, feito do mesmo metal e de massa 200g, que continha no seu interior 500g de água a 17,3oC. Constatou, então, que a temperatura de equilíbrio térmico era de 22,7oC. Considerando os procedimen-tos descritos e os resultados registrados, indique que valor o estudante determinou para o calor específico do metal.

(PUC-SP) Em um calorímetro de capacidade térmica 17. 200cal/oC, contendo 300g de água a 20oC, é introduzido um copo sólido de massa 100g a uma temperatura de 650oC. Obtém-se o equilíbrio térmico final a 50oC. Su-pondo desprezível a perda de calor, determinar o calor específico do corpo sólido.

(ITA) Um calorímetro de alumínio de 200g contém 120g 18. de água a 96oC. Quantas gramas de alumínio a 10oC devem ser introduzidas no calorímetro para resfriar a água a 90oC?

(Cal = 0,22cal/goC)

(Uenf) Numa caneca de vidro de capacidade térmica 19. igual a 27cal/oC, inicialmente a 24oC, colocam-se 300g de chope gelado, a 2oC. Considerando desprezíveis as perdas de calor para o meio ambiente e o calor específico do chope igual a 0,90cal/oC, calcule a temperatura na qual o chope e a caneca de vidro entrarão em equilíbrio térmico.

(UFPR) Num dia frio, uma pessoa deseja aquecer as 20. mãos esfregando uma contra a outra. Suponha que 40% da energia muscular gasta pela pessoa sejam transfor-mados em calor que aquece as mãos. Considere ainda que a massa total aquecida das mãos seja equivalente a 100g, que elas tenham um calor específico médio equi-valente a 0,80cal/goC e que sua temperatura média varie de 10oC. Determine a energia muscular despendida.

(IME) Num calorímetro a 1721. oC colocamos 100cm3 de água a 30oC e 100cm3 de água a 15oC. A temperatura de equilíbrio é 22oC. Qual é o equivalente em água do calorímetro?

(Unesp) Um bloco de certa liga metálica, de massa 250g, 22. é transferido de uma vasilha, que contém água fervendo em condições normais de pressão, para um calorímetro contendo 400g de água à temperatura de 10oC. Após certo tempo, a temperatura no calorímetro se estabiliza em 20oC. Supondo que toda a quantidade de calor cedida pela liga tenha sido absorvida pela água do calorímetro, pode-se dizer que a razão entre o calor específico da água e o calor específico da liga metálica é igual a:

1a)

2b)

3c)

4d)

5e)

(UFF) Um chuveiro elétrico de potência 4,2kW libera 23. 50g de água aquecida por segundo. Se a água entra no chuveiro à temperatura de 25oC, a temperatura com que ela sai, supondo desprezíveis as perdas de calor, é:

Dados: calor específico da água =1,0cal/goC; 1cal = 4,2J

25a) oC

109b) oC

50c) oC

45d) oC

35e) oC

(Unificado) Num determinado equipamento industrial, 24. um líquido de calor específico 0,50cal/goC entra a 20oC e sai a 80oC. Se a vazão desse líquido no equipamento é de 50kg/min., a potência térmica é, em kcal/min, de:


26 EM

_V_F

IS_0

14

2,0 . 10a) 2

4,0 . 10b) 2

1,0 . 10c) 3

1,5 . 10d) 3

2,0 . 10e) 3

(UFU) Em um dia ensolarado, 4 200cal/s de energia 25. solar incidem sobre um coletor solar residencial. O coletor aquece de 5oC um fluxo de água de 420g/s. A eficiência do coletor é de:

20%a)

40%b)

50%c)

80%d)

100%e)

(Unesp) A figura mostra as quantidades de calor Q 26. absorvidas, respectivamente, por dois corpos, A e B, em função de suas temperaturas.

BA

Determine a capacidade térmica Ca) A do corpo A e a capacidade térmica CB do corpo B, em J/oC.

Sabendo que o calor específico da substância de b) que é feito o corpo B é duas vezes maior que o da substância de A, determine a razão mA/mB entre as massas de A e B.

(EN) Um aquecedor tem uma potência de 448W. Para 27. aquecer 2,0 litros de água de 20ºC até seu ponto de ebulição, à pressão normal, foram gastos T minutos. Considera-se que 1cal = 4,20J e que o calor específico da água seja de 1,00cal/gºC. Admitindo que durante o aquecimento todo o calor produzido é transferido à água, calcular o valor de T, em minutos.

(UFRJ) O fabricante de cerveja e físico amador James 28. Joule estimou, em meados do século XIX, a diferença entre a temperatura da água no sopé e no topo das Cataratas de Niágara.

A fim de fazer uma estimativa similar para uma das quedas de Iguaçu, com altura de 84m, considere que o módulo da velocidade com que a água corre no sopé, após a queda, é igual ao módulo da velocidade com que a água corre no topo, antes de iniciar a queda.

84m

Considere também que toda energia mecânica perdida pela água é reabsorvida na forma de calor, o que provoca seu aquecimento. Calcule a diferença entre a temperatura da água no sopé e no topo dessa queda. (O calor específico da água é 1,0cal/gºC e 1,0cal = 4,2J)

(PUC-Rio) A Organização Mundial de Saúde (OMS) 29. divulgou recentemente um relatório sobre o impacto na saúde humana da radiação emitida pelos telefones celulares. Nesse relatório, a OMS destaca que os sinais emitidos por esses aparelhos conseguem penetrar em até 1cm nos tecidos humanos, provocando um corres-pondente aumento da temperatura do corpo.

Considerando que o corpo humano é formado basicamente por água, estime o tempo total econversação necessário para que um usuário de 60kg tenha um acréscimo de temperatura de 1°C. Os sinais emitidos pelos celulares têm, em média, uma potência de 0,4W e só são gerados enquanto o usuário fala ao telefone. O calor específico da água vale 1cal/g°C. Considere que apenas 50% da energia emitida pelo celular seja responsável pelo referido aumento de temperatura (1cal = 4,2J).(Unicamp) Mil pessoas estão reunidas num teatro, numa 30. noite em que a temperatura externa é de 10oC. Para ven-tilar eficientemente o salão, introduzem-se 2 litros de ar por segundo por pessoa presente e, para maior conforto, o ar deve ser aquecido até 20oC. Calcule:

Quantos litros de ar são introduzidos no teatro em a) duas horas.

A quantidade de calor transferida em duas horas, b) admitindo-se que um litro de ar tem massa de 1,3g e que o calor específico do ar é de 0,24cal/goC.

(Unificado) Em um calorímetro ideal, colocam-se 100g 31. de gelo a 0oC com 100g de água líquida a 0oC. Em seguida, são formuladas três hipóteses sobre o que poderá ocorrer com o sistema água + gelo no interior do calorímetro:

Parte do gelo derreterá, diminuindo a massa do bloco I. de gelo.

Parte da água congelará, diminuindo a massa de água II. líquida.

As massas de gelo e de água líquida permanecerão III. inalteradas.

Assinalando V para hipótese verdadeira e F para hipótese falsa, a sequência correta será:


27EM

_V_F

IS_0

14

F, F, Fa)

F, F, Vb)

F, V, Fc)

V, F, Fd)

V, V, Fe)

(Fuvest) Coloca-se um bloco de gelo a 032. oC dentro de um recipiente termicamente isolado, fornecendo-se a seguir calor a uma taxa constante. Transcorrido um certo intervalo de tempo, observa-se o término da fusão completa do bloco de gelo. Após um novo intervalo de tempo, igual à metade do anterior, a temperatura da água em oC será:

20a)

40b)

50c)

80d)

100e)

(Uerj) Uma menina deseja fazer um chá de camomila, 33. mas só possui 200g de gelo a 0oC e um forno de micro--ondas cuja potência máxima é 800W. Considere que a menina está no nível do mar, o calor latente de fusão do gelo é 80cal/g, o calor específico da água é 1cal/goC e que 1cal vale aproximadamente 4J.

Usando esse forno sempre na potência máxima, o tempo necessário para a água entrar em ebulição é:

45sa)

90sb)

180sc)

360sd)

(UFF) Uma tigela de alumínio com 180g de massa 34. contém 90g de água a 0oC em equilíbrio térmico. Fornecendo-se calor igual a 18kcal ao sistema, eleva-se a temperatura deste a 100oC, iniciando-se a ebulição.

Dados: Calor específico da água = 1cal/goC.

Calor latente de vaporização da água = 540cal/g.

Calor específico do alumínio = 0,2cal/goC.

Nessas circunstâncias, a massa de água que se vaporiza é:

20ga)

5gb)

15gc)

10gd)

25ge)

(UFRJ) No interior de um calorímetro, de capacidade 35. térmica desprezível, há uma pedra de gelo de 1,0kg a 0°C. A pedra de gelo possui uma cavidade na qual se introduz uma amostra metálica de 400g a 100ºC. Quando se res-tabelece o equilíbrio térmico, verifica-se que 100g de gelo derreteram. O calor de fusão do gelo é 80cal/g. Calcule o calor específico do metal.

(UFU) O gráfico mostra a quantidade de calor Q, absor-36. vida por um corpo de 20,0g de massa, inicialmente no estado sólido, em função da temperatura. Determine:

A capacidade térmica do corpo no estado sólido.a)

O calor específico da substância do corpo, no estado b) sólido.

A temperatura de fusão da substância que compõe o c) corpo.

(Unicamp) Misturam-se 200g de água a 2037. oC com 800g de gelo a 0oC. Admitindo que há troca de calor apenas entre a água e o gelo:

Qual será a temperatura final na mistura?a)

Qual será a massa final de líquido?b)

(UFRJ) Uma garrafa térmica de capacidade térmica des-38. prezível contém 980g de água à temperatura ambiente (28oC). Para refrigerar a água, cubos de gelo de 50g cada a 0oC são introduzidos na garrafa e, a seguir, fecha-se a tampa. O calor de fusão do gelo é 80cal/g; e o calor espe-cífico da água é 1,0cal/goC.

Calcule quantos cubos de gelo devem ser introduzidos na garrafa para se obter água a 18oC.

(Uerj) Suponha que em um recipiente metálico de 200g, 39. termicamente isolado do meio externo e inicialmente a 20oC, colocaram-se 360g de água a 60oC. Calcule:

A temperatura de equilíbrio térmico do sistema a) água-recipiente, sabendo-se que o calor específico da água é de 1,0cal/goC e o do metal é 0,20cal/goC.

O valor máximo da massa de uma pedra de gelo a b) 0oC que, colocada no recipiente, permita que haja apenas água quando for restabelecido o equilíbrio térmico do sistema, sabendo que o calor latente de fusão do gelo é 80cal/g.


28 EM

_V_F

IS_0

14

(Fuvest) À temperatura ambiente de 040. oC, um bloco de 10kg de gelo à mesma temperatura desliza sobre uma superfície horizontal. Após percorrer 50m, o bloco para em virtude do atrito com a superfície. Admitindo-se que 50% da energia dissipada foi absorvida pelo bloco, der-retendo 0,50g de gelo, calcule: (considere 1cal =4J).

O trabalho realizado pela força de atrito.a)

A velocidade inicial do bloco.b)

O tempo que o bloco demora para parar.c)

(UFRJ) Um calorímetro de capacidade térmica despre-41. zível tem uma de suas paredes inclinadas como mostra a figura.

Um bloco de gelo, a 0oC, é abandonado a 1,68 . 10-1m de altura e desliza até atingir a base do calorímetro, quando para.

.

Sabendo que o calor latente de fusão do gelo vale 3,36 . 105J/kg e considerando g = 10m/s2, calcule a fração de massa do bloco de gelo que se funde.

(UFMG) É possível liquefazer-se um gás:42.

comprimindo-o a qualquer temperatura.a)

aumentando sua temperatura a qualquer pressão.b)

resfriando-o até uma temperatura abaixo da crítica e c) comprimindo-o.

comprimindo-o a uma temperatura acima da crítica.d)

diminuindo sua pressão acima da temperatura crítica.e)

(MED-SM-RJ) Num sistema destilador de água, o vapor 43. d’água entra a 100oC e a água destilada é recolhida a 96oC à razão de 150g a cada 5,0 minutos.

t

No trocador de calor, a água entra fria à temperatura ambiente, e sai morna. A circulação dessa água de refrigeração no trocador de calor se dá na razão de

34g/s. Nessa situação, e considerando desprezíveis todas as perdas de calor no sistema, determine o valor da elevação de temperatura da água de refrigeração no trocador de calor. (LV = 540cal/g.)

1a) oC

2b) oC

4c) oC

6d) oC

8e) oC

(Fuvest) Em uma panela aberta, aquece-se água consi-44. derando-se uma variação da temperatura da água com o tempo, como indica o gráfico. Desprezando-se a evaporação antes da fervura, em quanto tempo, a partir do começo da ebulição, toda a água terá se esgotado? (Considere que o calor de vaporização da água é 540cal/g)

t

18 minutos.a)

27 minutos.b)

36 minutos.c)

45 minutos.d)

54 minutos.e)

(EN) Uma pequena massa de vapor d’água à 10045. oC é lançada sobre uma liga metálica, condensando-se. A liga encontra-se inicialmente na sua temperatura de fusão, que é 90oC, e o seu calor latente de fusão é de 5,0cal/g; sabendo-se que o calor latente de vaporização da água é de 540cal/g, a razão entre a massa do vapor condensado e a massa da parte do metal fundido, nesta ordem, é de:

1081

a)

951

b)

601

c)

372d)

1101e)


29EM

_V_F

IS_0

14

(Esfao-RJ) Admita que um carro do Corpo de Bombeiros 46. transporte ao local onde ocorre um incêndio, 10(dez) toneladas de água a 20oC. (São dados: temperatura de ebulição da água = 100oC; calor latente de vapo-rização da água = 540cal/g; calor específico da água = 1cal/goC)

Se toda essa água transportada for transformada em vapor à 100oC, então a quantidade de calor retirada do incêndio será (em calorias):

6,2 . 10a) 9

8,0 . 10b) 8

5,4 . 10c) 9

7,2 . 10d) 9

6,2 . 10e) 5

Queremos transformar 10g de gelo à – 1047. oC em vapor a 120oC, num sistema termicamente isolado.

Considerando que cg = cv = 0,5cal/g oC, Lgelo - fusão = 80cal/g, Lágua - vaporização = 540cal/g e que a potência da fonte que emite calor é de 1 000cal/min, qual das opções melhor representa o valor do tempo de aquecimento em minutos?

2,35a)

5,35b)

7,35c)

8,35d)

9,35e)

(UFRJ) Num calorímetro de capacidade térmica des-48. prezível que contém 60g de gelo a 0oC, injeta-se vapor d’água à 100oC, ambos sob pressão normal.

Quando se restabelece o equilíbrio térmico, há apenas 45g de água no calorímetro. O calor de fusão do gelo é 80cal/g, o calor de condensação do vapor d’água é 540cal/g e o calor específico da água é 1,0cal/g oC.

Calcule a massa de vapor d’água injetado.

(UFF) Uma amostra metálica é submetida a um trata-49. mento térmico, à pressão constante, no qual a variação da temperatura com o tempo pode ser aproximadamente representada pelo gráfico θ × t.

t

Durante todo o processo, as perdas de calor da amostra são desprezíveis e a taxa de aquecimento mantém-se constante.

Dados da amostra:

massa = 30g

Calor específico = 0,20cal/goC (valor médio sob pressão constante e temperatura entre 0oC e 600oC)

Calor latente de fusão = 90cal/g.

Determine:

a potência, em cal/min, fornecida pelo sistema de a) aquecimento à amostra.

a fração da amostra que fundiu até o instante b) t = 30min.

o instante t, a partir do qual, mantidas as condições c) da experiência, a temperatura da amostra voltará a subir.

(UFRJ) Considere uma certa massa de gelo à 050. oC. Para fazer com que essa massa atinja a temperatura de 100oC no estado líquido, é necessário fornecer-lhe Q1 calorias.

Para transformar essa mesma massa de água à 100oC em vapor d’água à 100oC, é necessária uma quantidade de calor igual a Q2.

Sabendo que o valor do calor latente de fusão da água é 80cal/g e que o valor do calor latente de vaporização da água é 540cal/g, calcule o valor da razão Q2/Q1.

(UFBA) Um recipiente de paredes adiabáticas contém, 51. inicialmente, 80g de água em estado líquido e 20g de gelo a 0oC. Um aquecedor de 6 270W, mergulhado dentro dele durante algum tempo, transforma 20% da massa de água em vapor. Determine o intervalo de tempo gasto nessa transformação. (Dados: calor específico da água: 1cal/gºC; calor latente de vapori-zação da água: 540cal/gºC; calor latente de fusão da água 80cal/g 1cal = 4,18J)

(ITA) Um vaporizador contínuo possui um bico pelo 52. qual entra água à 20oC, de tal maneira que o nível de água no vaporizador permanece constante. O vaporizador utiliza 800W de potência, consumida no aquecimento da água até 100oC e na sua vaporização à 100oC. A vazão de água pelo bico é:

0,31ma) /s

0,35mb) /s

2,4mc) /s

3,1md) /s

3,5me) /s

(UFF) A quantidade de calor Q transferida para o ar 53. durante o tempo t através da superfície aquecida de um ferro de passar roupa de área A é dada por:

Q = htA (θ– θ0) ,


30 EM

_V_F

IS_0

14

onde θθ é a temperatura da superfície aquecida do ferro, θθ0 é a temperatura do ar e h é a constante de proporcionalidade denominada coeficiente de transferência de calor.

A unidade da constante h no SI pode ser expressa por:

Wma) -1 K-1

Jmb) -2 K-1

Wmc) -2 K-1

Wmd) -1 s-1

Jme) -2 K-1

(PUC-Rio) Dois recipientes, um de alumínio e outro de 54. vidro, contêm, inicialmente, uma mesma quantidade de água a uma mesma temperatura.

Esses recipientes são colocados, no mesmo instante, em duas bocas de fogão que fornecem, a cada segundo, uma mesma quantidade de calor.

Uma pessoa observa o seguinte:

A água no recipiente de alumínio entra em ebulição I. antes da água no recipiente de vidro.

Quando ambas se encontram em ebulição, a ebu-II. lição da água no recipiente de alumínio é mais vio-lenta que a da água no recipiente de vidro.

Retirando-se os recipientes do fogo, a ebulição da III. água no recipiente de alumínio, cessa instantanea-mente enquanto que a água no recipiente de vidro continua a ferver por mais alguns segundos.

O fato de a condutibilidade térmica do vidro ser menor que a do alumínio explica, dessas observações feitas:

apenas a I.a)

apenas a I e a II.b)

apenas a I e a III.c)

apenas a II e a III.d)

a I, a II e a III.e)

(Unificado) Uma barra metálica cilíndrica, de comprimento 55. L e área de seção reta A, tem sua superfície lateral isolada termicamente e suas bases estão em contato térmico com dois grandes reservatórios de água mantidos, respectiva-mente, às temperaturas constantes T1 e T2, com T2 > T1.

A quantidade Q de calor, transferida pela barra do reservatório quente (T2) para o reservatório frio (T1), no intervalo de tempo Δt, é dado pela expressão:

t

m

( ) tTTLA

kQ 12 Δ=

Onde k é a chamada condutividade térmica do metal de que é feita a barra. A unidade de k, no SI, é:

cal/m.sa)

cal/mb) 3.s

W/m.Kc)

J/m.Kd)

W/me) 3.K

(Uerj) Através de uma chapa metálica com 0,8cm de 56. espessura e uma secção de 10cm2 são transmitidas 900kcal/h. Sendo de 32oC a diferença de temperatura entre as faces, podemos afirmar que a condutividade térmica da chapa medida em cal s-1cm-1oC-1 vale:

0,625a)

0,250b)

0,115c)

0,140d)

0,32e)

(Unirio) A figura abaixo representa um corte transversal 57. numa garrafa térmica hermeticamente fechada. Ela é constituída por duas paredes. A parede interna é espe-lhada em suas duas faces e entre ela e a parede externa existe uma região com vácuo.

Como se explica o fato de que a temperatura de um fluido no interior da garrafa mantêm-se quase que inalterada durante um longo período de tempo?

A temperatura só permanecerá inalterada se o lí-a) quido estiver com uma baixa temperatura.

As faces espelhadas das paredes internas impedem b) totalmente a propagação do calor por condução.


31EM

_V_F

IS_0

14

Como a parede interna é duplamente espelhada, c) ela reflete o calor que chega por irradiação e, a re-gião de vácuo evita a propagação do calor através da condução e da convecção.

Devido à existência de vácuo entre as paredes, o d) líquido não perde calor para o ambiente através de radiação eletromagnética.

Qualquer material plástico é um isolante térmico e) perfeito, impedindo, portanto, toda e qualquer pro-pagação de calor através dele.

(UFU) Quanto aos processos de transmissão de calor, 58. condução, convecção e radiação, analise as proposições:

A condução se dá apenas em meios materiais.I.

A convecção exige um meio fluido.II.

Os três processos exigem um meio material.III.

Apenas a proposição I é verdadeira.a)

Apenas a proposição II é verdadeira.b)

Apenas a proposição III é verdadeira.c)

São verdadeiras as proposições I e II.d)

São verdadeiras as proposições I e III.e)

(Cefet-PR) Uma placa de alumínio tem área de troca 59. térmica de 50cm de comprimento por 100cm de lar-gura. A placa tem 0,5cm de espessura. A diferença de temperatura entre as faces da placa é de 100oC. O calor que passa através da placa, em cal/s, é igual a: (Dado: condutividade térmica do alumínio = 0,5cal/cmoC)

0,2 . 10ºa)

0,4 . 10b) 4

0,6 . 10c) 8

0,3 . 10d) 2

0,5 . 10e) 6

(PUC-SP) Uma estufa está à temperatura de 4060. oC, quando no exterior a temperatura é de 0oC. As paredes da estufa são constituídas de placas de vidro de espes-sura de 2mm e área de 2 500cm2. Qual o calor trans-mitido a cada segundo através da placa de vidro, sendo k = 0,0015cal/s cmoC?

(Unicamp) Quatro grandes blocos de gelo, de mesma 61. massa e mesma temperatura inicial, envoltos em plásticos impermeáveis, são pendurados na parede de um quarto à temperatura de 25oC, com portas e janelas fechadas. Conforme a figura a seguir, os blocos A e B estão pendurados próximos ao teto e os blocos C e D estão próximos ao chão. Os blocos A e D estão en-rolados em cobertores; os outros dois não estão. Considere que o único movimento de ar no quarto se dá pela corrente de convecção.

Reproduza a figura e indique com setas o sentido do a) movimento do ar mais quente e do ar mais frio.

Qual dos blocos de gelo vai derreter primeiro e qual b) vai demorar mais para derreter ?

(FaapP-SP) Uma casa tem 5 janelas, tendo cada uma um 62. vidro de área 1,5m2 e espessura 0,003m. A temperatura ex-terna é –50C e a interna é mantida a 200C, através da queima de carvão. Qual a massa de carvão consumido no período de 12h para repor o calor perdido apenas pela janelas?

Dados: condutividade térmica do vidro = 0,72cal/h.m0C; Poder de combustão do carvão = 6 000cal/g.

(ITA) Colaborando com a campanha de economia de 63. energia, um grupo de escoteiros construiu um fogão solar, que consiste de um espelho de alumínio curvado que foca a energia térmica incidente sobre uma placa coletora. O espelho tem um diâmetro efetivo de 1,00m e 70% da radiação solar incidente é aproveitada para de fato aquecer uma certa quantidade de água. Sabemos ainda que o fogão solar demora 18,4 minutos para de fato aquecer 1,00 de água desde a temperatura de 20°C até 100°C, e que 4,186.103J é a energia necessária para elevar a temperatura de 1,00 de água de 1,00K. Com base nos dados, estime a intensidade irradiada pelo Sol na superfície da Terra, em W/m2. Justifique.


32 EM

_V_F

IS_0

14

B1.

B2.

A3.

C4.

E5.

B6.

E7.

D8.

c = 0,2cal/g9. oC

A água absorve calor do corpo, o que provoca a dimi-10. nuição da temperatura da criança.

A11.

B12.

B13.

E14.

E15.

B16.

A17.

E18.

12°C19.

20.

5a)

600calb)

C21.

D22.

D23.

D24.

B25.

B26.

D27.

D28.

v = 30m/s29.

0,8cal/g30. oC


33EM

_V_F

IS_0

14

C31.

D32.

A33.

E34.

D35.

B36.

D37.

A38.

θ39. = 24oC

Temos o fenômeno do regelo. Com o aumento da 40. pressão, ocorre na região sob o fio uma redução na temperatura de fusão. O fio atravessa a água obtida dessa fusão que, ao ser submetida a pressão ambiente, volta a se congelar. Com isso, o fio atravessa o bloco sem parti-lo.

41.

a) Sim, basta reduzir a pressão sobre a água.

b) O vapor pode se liquefazer, pelo aumento de pressão, enquanto que o gás não pode ser liquefeito isotermicamente.

c) Durante a mudança de fase, a temperatura é constante.

A42.

E43.

E44.

C45.

E46.

B47.

C48.

D49.

10050. oC

51.

A garrafa térmica que é feita de vidro, um mau con-a) dutor de calor, possui uma parede dupla espelhada. Entre essa parede dupla temos o vácuo, logo, não temos a propagação do calor por condução e con-vecção. As paredes espelhadas interna e externa impedem a propagação por irradiação.

Porque temos ar entre os pequenos pedaços de b) madeira, e o ar é isolante térmico.

Porque é um bom refletor da energia radiante inci-c) dente.

O gelo é isolante térmico, mantendo a temperatura d) interna mais quente que a externa.

A mesma tem as paredes transparentes, deixando e) penetrar a energia radiante que, quando absorvida pelos corpos no seu interior e pelo chão (de cor es-cura), é devolvida na forma de raios infravermelhos que não atravessam o meio transparente, manten-do o ambiente interno aquecido.

O fluxo de calor é proporcional à diferença de f) temperatura.

O calor específico da Terra é menor que o da água. g) Durante o dia a Terra aquece mais a água. O ar, em contato com a Terra, se aquece e sobe devido a me-nor densidade, criando uma região de menor pressão e fazendo com que o ar que se encontra sobre a água seja deslocado para a Terra (brisa marítima). Durante a noite o processo se inverte (brisa terrestre).

B52.

A53.

A54.

B55.

D56.

C57.

B58.

O ar é isolante térmico e encontra-se preso entre as pla-59. cas de vidro. A lâmina do meio dificulta a convecção.

60.

Devido ao vácuo entre as paredes espelhadas o a) calor não se propaga por condução e convecção. Pelo fato delas serem espelhadas interna e externa-mente, o calor não se propaga por irradiação.

A temperatura aumenta devido ao aumento da b) energia cinética.

B1.

E2.

A3.

D4.

D5.

B6.

0,75cal/g7. oC

CY

CX

43

=8.

Devido ao calor específico elevado, a água esquenta 9. e esfria lentamente. Devido a isso, essas regiões não sofrem variações bruscas de temperatura.


34 EM

_V_F

IS_0

14

360cal10.

A11.

A12.

calorímetro de cobre (A).13.

14.

θa) = 280oC

≅b) 33oC

15.

a)

b)

0,406cal/g16. oC

0,25cal/g17. oC.

m 18. ≅ 56g

θ19. E = 4oC

Q20. t = 2 000cal.

m = 20g21.

E22.

D23.

D24.

C25.

26.

7,5J/ºCa) A = C e 5J/ºCB = C

mA

mB

b) = 34

25 min.27.

0,2028. oC

14 dias e 14 horas.29.

30.

1,44 a) × 107

4,5 b) × 107cal

B31.

B32.

C33.

D34.

c = 0,20cal/g35. oC

36.

10cal/a) oC

c = 0,5cal/gb) oC

20c) oC

37.

0a) oC

250g de água.b)

238.

39.

θa) = 56oC

m = 280gb)

40.

τa) FAT = – 320J

vb) 0 = 8m/s

12,5sc)

Δmm

41. = 0,0005%

C42.

E43.

E44.

E45.

A46.

C47.

m48. V = 5g

49.

1,8.10a) 2cal/min

2/3b)

35minc)

350.

≅ 51. 14,9s

A.52.

C53.

E54.

C55.

A56.

C57.

D58.

E59.

750 cal/s60.


35EM

_V_F

IS_0

14

61.

O cobertor é isolantea)

B derrete primeiro por estar em cima e não estar b) isolado. D demora a derreter.

90g62.

≅ 63. 552W/m


36 EM

_V_F

IS_0

14


Documents

Calor Telmo 1