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.

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.

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".

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.

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)

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

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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