Questões Sobre Calorimetria - Física - 2º ano do ensino médio

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21) Misturam-se 200g de água a 0ºC com 400g de determinado líquido a 30ºC, obtendo-se o equilíbrio térmico a 10ºC. Considere que não houve perdas para o ambiente e que o recipiente onde estão os líquidos tem capacidade térmica desprezíveis. O calor específico do líquido será, em cal/gºC, de:

A) 0,5
B) 0,35
C) 0,25
D) 0,2
E) 0,05

A alternativa correta é letra C

Para que o equilíbrio térmico ocorra, é necessário que a quantidade de calor da água seja igual a quantidade de calor do líquido:

m_água . c_água . ∆T_água = m_líquido . c_líquido . ∆T_líquido

Por dedução, a soma do calor recebido e cedido, para que o equilíbrio exista, deve ser igual a 0:

m_água . c_água . ∆T_água+ m_líquido . c_líquido . ∆T_líquido = 0

O calor específico da água é 1.

200 x 1 x 10 + 400 x c₂ x (-20) = 0

2000 - 8000 c_líquido = 0

c_líquido = 2000/8000

c_líquido = 0,25

Alternativa C.

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22) Uma garrafa térmica possui em seu interior 1,0 kg de água a 80°C. Meia hora depois, a temperatura da água caiu para 50°C. Nessas condições, e lembrando que o calor específico da água é 1,0 cal/(g°C), o fluxo de calor perdido pela água foi em média de

A) 1,0 cal/min.
B) 100 cal/min.
C) 500 cal/min.
D) 1 000 cal/min.
E) 4 180 cal/min.

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A alternativa correta é letra D

Para resolver esta questão basta ter conhecimento da equação de calor específico:

Q = m \cdot c \cdot △ θ

Onde Q= calor, m = massa, c = calor específico e Δθ = variação de temperatura.

Substituindo os valores fornecidos pelo enunciado temos:

\begin{array}{l} Q = 1 \cdot 10^{3} \cdot 1 \cdot (50 - 80) \\ Q = - 3 \cdot 10^{4} J \end{array}

Para obter a perda de calor em função do tempo basta fazer um regra de três simples.

\begin{array}{l} 30 m i n - 3 \cdot 10^{4} J \\ 1 m i n x J \\ x = \frac{- 3 \cdot 10^{4} J}{30 m i n} \\ x = - 1 \cdot 10^{3} J / m i n \end{array}

O sinal de menos indica perda. Alternativa D está correta.

23) Sabe-se que o calor específico da água é maior que o calor específico da terra e de seus constituintes (rocha, areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas regiões limítrofes entre a terra e o mar:

A) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e, à noite, o vento sopra no sentido oposto.
B) o vento sempre sopra sentido terra-mar.
C) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e, à noite o vento sopra do mar para a terra.
D) o vento sempre sopra do mar para a terra.
E) não há vento algum entre a terra e o mar.

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A alternativa correta é letra A

O calor específico dá água é maior do que o do continente, isso significa que a água requer um maior tempo para adquirir/perder energia térmica (quantidade de calor, aumento de temperatura) em relação ao continente. De dia, os ventos quentes do continente sobem, por diferença de densidade, e o vento sopra do mar para a terra (durante o dia a água aquece e possui menor temperatura em relação ao continente). Na noite, a água resfria e troca calor com o ar, os ventos sopram da terra para o mar ( a água tem maior temperatura em relação ao continente, e o ar quente do mar sobe). A alternativa que expressa essas idéias é a letra A.

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24) A brisa marítima é um fenômeno diário. Ela sopra do mar para a praia durante o dia e em sentido contrário à noite. Durante o dia, a temperatura da superfície da praia se eleva mais rapidamente que a da água, e à noite o movimento se inverte e o ar mais quente é o que está em contato com a água. Por ser menos densa, essa massa de ar sobe, dando lugar ao ar mais frio que está em contato com a praia. Produz-se então a brisa da praia para o mar. Todo esse processo ocorre, pois a superfície da praia possui uma característica física diferente da água. O fenômeno descrito ocorre porque, em relação à praia, a água possui maior

A) massa.
B) calor latente,
C) calor específico.
D) condutividade térmica.

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A alternativa correta é letra C

A condutividade térmica da areia é maior que a da água, visto que essa perde (e ganha) calor de forma mais rápida. Além disso, também temos que o calor latente da areia é maior que da água.

A densidade da areia é maior que a da água, o que mostra que para um dado volume, a massa da água é menor.

Sendo assim, para um mesmo ΔQ e ΔT, temos:

ΔQ = mcΔT => c = ΔQ/(mΔT)
Donde ΔQ é a variação do calor, c é o calor específico, m é a massa e ΔT é variação da temperatura.

Com isso, pelo fato da massa de areia ser maior temos que o calor específico da areia é menor que a da água.

Alternativa C)

25) O que consome mais energia ao longo de um mês, uma residência ou um carro? Suponha que o consumo mensal de energia elétrica residencial de uma família, ER, seja 300 kWh (300 quilowatts . hor

A) e que, nesse período, o carro da família tenha consumido uma energia EC, fornecida por 180 litros de gasolina. Assim, a razão EC/ER será, aproximadamente,
Dado: Calor de combustão da gasolina $≅$ 30 000 kJ/litro 1kJ = 1 000 J

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A alternativa correta é letra E

Calculemos primeiramente o consumo residencial em Joules:

E_R= 300 KWh = 300.(1000 W).(3600 s) = 108.10⁴ KJ

Para um consumo de combustível de 180 L mensais pelo carro e calor de combustão de 30 000 KJ/L, temos o consumo de energia do carro dado por:

E_c = (180 L).(30 000 KJ/L) = 540.10⁴KJ

Sendo assim, a razão pedida será:

E_c/E_R = (540.10⁴)/(108.10⁴) = 5, alternativa "E".

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26) Um determinado alimento possui seu valor nutricional informado em sua embalagem, que é de 360 kcal. Utilizando a aproximação que 1 cal = 4,2 J, ao digerir esse alimento, é CORRETO afirmar que nosso organismo está recebendo uma quantidade de energia de

A) 42 kW h.
B) 42 kW h.
C) 0,42 W h.
D) 0,42 kW h.

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A alternativa correta é letra D

Um quilowatt-hora (kWh) é a quantidade de energia utilizada para alimentar uma carga com potência de 1.000 watt pelo período de uma hora. Assim, 1 kWh corresponde a 3.600.000 J. Primeiro, transformando 360 kcal em joules, teremos, por regra de três simples:

1 c a l = 4, 2 J 360.000 c a l = x J x = 1.512.000 J

Agora, transformando J em kWh, teremos:

1 k W h = 3.600.000 J y k W h = 1.512.000 J y = 0, 42 J

Portanto, a resposta correta é a alternativa D.

27) Um fabricante de acessórios de montanhismo quer projetar um colchão de espuma apropriado para ser utilizado por alpinistas em regiões frias. Considere que a taxa de transferência de calor ao solo por uma pessoa dormindo confortavelmente seja 90 kcal/hora e que a transferência de calor entre a pessoa e o solo se dê exclusivamente pelo mecanismo de condução térmica através da espuma do colchão. Nestas condições, o gráfico representa a taxa de transferência de calor, em J/s, através da espuma do colchão, em função de sua espessura, em cm.

Considerando 1 cal = 4 J, a menor espessura do colchão, em cm, para que a pessoa durma confortavelmente é

A) 1,0.
B) 1,5.
C) 2,2.
D) 2,8.
E) 3,9.

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A alternativa correta é letra B

Vamos descobrir qual é o valor em J/s de transferência de calor para que a pessoa durma confortável.

Segundo o enunciado o valor em kcal/h para que a pessoa durma confortável é 90 kcal/h. Com isso, temos as seguintes conversões:

1 kcal/h = 1*10³ cal/h;

90 kcal/h = 90*(1 kcal/h) = 90*1*10³ cal/h = 90000 cal/h

1 cal = 4 J;

90000 cal/h = 90000*(1 cal)/h = 90000*(4 J)/h = 360000 J/h

1 h = 3600 s;

360000 J/h = 360000 J/(3600 s) = 100 J/s

Logo, a partir do gráfico, temos que este valor se encontra nas proximidades da espessura de 1,5 cm

Alternativa B)

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28) Considere as afirmações abaixo, referentes aos três processos de transferência de calor.

I – A radiação pode ser refletida pelo objeto que a recebe.
II – A condução ocorre pela propagação de oscilações dos constituintes de um meio material.
III – A convecção ocorre apenas em fluidos.

Quais estão corretas?

A) Apenas I.
B) Apenas III.
C) Apenas I e II.
D) Apenas II e III.
E) I, II e III.

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A alternativa correta é letra E

Analisando cada afirmativa, obtemos que: (I) é verdadeira, pois a radiação, para um corpo que não é negro, não é totalmente absorvida. Parte dessa radiação, é refletida; (II) é verdadeira, já que a própria temperatura é definida como o nível de vibração atômica. Quanto maior for essa vibração, maior será a temperatura do corpo. A transmissão desta vibração entre átomos vizinhos resulta na condução térmica; e (III) também é verdadeira, visto que a convecção é um processo de transferência de calor que ocorre em líquidos ou gases (fluídos). Portanto, está correta a alternativa E.

29) A transmissão de calor por convecção só é possível:

A) no vácuo
B) nos sólidos
C) nos líquidos
D) nos gases
E) nos fluidos em geral

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A alternativa correta é letra E

O processo de convecção se dá pela diferença de temperatura entre os gases ou líquidos, ou seja, fluídos. Alternativa E.

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30) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem dessa descrição, o calor se transmitiu predominantemente por:

A) irradiação e convecção.
B) irradiação e condução.
C) convecção e irradiação.
D) condução e convecção.
E) condução e irradiação.

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A alternativa correta é letra D

Quando aquecemos uma panela com água no fogão, o calor é transferido do fogão para a panela e, em seguida, para a água. Esse processo ocorre em duas etapas principais:

Condução: O calor passa da base do fogão para a base da panela e, depois, para a água que está em contato direto com essa base. A condução é a transferência de calor através de um material sólido ou entre materiais sólidos que estão em contato direto.
Convecção: Uma vez que a água na base da panela se aquece, ela se torna menos densa e sobe, enquanto a água mais fria e mais densa desce para o fundo da panela. Esse movimento cria correntes de convecção que ajudam a distribuir o calor por toda a água.

Portanto, a resposta correta é a opção D) condução e convecção. A condução é o método predominante de transferência de calor do fogão para a panela e da base da panela para a água. A convecção é o método predominante de transferência de calor dentro da água, movendo a água quente do fundo para o topo e a fria de cima para baixo.

A irradiação não é um método predominante neste caso, pois se refere à transferência de calor por ondas eletromagnéticas, como a luz do sol aquecendo a Terra, e não é o principal meio de transferência de calor em uma panela no fogão.

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