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

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31) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido.

I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar o fluxo de energia térmica até o congelador por ______.
II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por ______.
III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por ______.
Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são:
  • A) condução, convecção e radiação
  • B) condução, radiação e convecção
  • C) convecção, condução e radiação
  • D) convecção, radiação e condução
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A alternativa correta é letra D

Convecção é a transferência de calor devido ao movimento do fluido; na geladeira, esse fluido é o gás. Radiação é a emissão de energia por raios; por exemplo, os raios solares atravessam o vácuo e chegam à Terra. E condução é a transferência de calor através de um condutor; no caso da garrafa térmica o condutor é isolado do meio para não transferir o calor. Portanto, a resposta correta é a alternativa D.
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32) Uma garrafa e uma lata de cerveja permanecem durante vários dias numa geladeira. Quando se pega, com as mãos desprotegidas, a garrafa e a lata para retirá-las da geladeira, tem-se a impressão de que a lata está mais fria do que a garrafa. Esse fato se explica pela diferença de:

  • A) temperatura da cerveja na lata e na garrafa.
  • B) capacidade térmica da cerveja na lata e na garrafa.
  • C) calor específico dos dois recipientes.
  • D) coeficiente de dilatação térmica dos dois recipientes.
  • E) condutividade térmica dos dois recipientes.
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A alternativa correta é letra E

A lata por ser feita de um metal, possui alta condutividade térmica, o calor é conduzido para ela rapidamente, o que dá a sensação de frio em nossa mão. Já a garrafa, feita de vidro ou plástico é má condutora térmica. Logo, a alternativa correta é a letra E.
Os fatores que diferem a condutividade térmica de um metal para a de vidro ou plástico são principalmente : a fase do material, estrutura da matéria, condutividade elétrica (no metal os elétrons também transferem calor), condutância, dentre outras.

33) Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência:

– Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa.
–    Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol.
–    Vento que sopra da terra para o mar durante a noite.
  • A) convecção - condução - radiação.
  • B) convecção - radiação - condução.
  • C) condução - convecção - radiação.
  • D) condução - radiação - convecção.
  • E) radiação - condução - convecção.
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A alternativa correta é letra D

No aquecimento da barra de ferro o calor é propagado por condução, onde as moléculas aumentam seu movimento vibratório e transmitem energia entre sí. No caso do ser humano exposto ao sol, a propagação de calor se dá por meio das ondas eletromagnéticas emitidas pelo sol, ou seja, por radiação. Já no vento que sopra da terra para o mar durante a noite, a propagação de calor é por convecção, em que as massas de ar com diferentes temperaturas tendem ao movimento de subida e descida. Logo, a alternativa correta é a letra D.
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34) Em um sistema isolado, dois objetos, um de alumínio e outro de cobre, estão à mesma temperatura. Os dois são colocados simultaneamente sobre uma chapa quente e recebem a mesma quantidade de calor por segundo. Após certo tempo, verifica-se que a temperatura do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre, e ambos não mudaram de estado. Se o calor específico do alumínio e do cobre valem respectivamente 0,22cal/g°C e 0,09cal/g°C, pode-se afirmar que

  • A) a capacidade térmica do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre.
  • B) a capacidade térmica do objeto de alumínio é maior que a do objeto de cobre.
  • C) a capacidade térmica do objeto de alumínio é menor que a do objeto de cobre.
  • D) a massa do objeto de alumínio é igual à massa do objeto de cobre.
  • E) a massa do objeto de alumínio é maior que a massa do objeto de cobre.
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A alternativa correta é letra A

O objeto de alumínio e o outro de cobre têm os mesmos comportamentos térmicos, ou seja, apresentam a mesma variação de temperatura ao receber quantidades iguais de calor.
Assim, os dois objetos devem ter capacidades térmicas iguais (C = mc) e se o calor específico sensível do alumínio (calumínio) é maior que o do cobre (ccobre), a massa de alumínio deve ser menor do que a do cobre.

35) Um recipiente de capacidade térmica 50 cal/ °C contém 200 g de água a 40 °C. Introduzem-se no recipiente 50 g de gelo a 0 °C. Admitindo que não há trocas de calor com o ambiente, a temperatura final de equilíbrio, em °C, é:

  • A) 24
  • B) 20
  • C) 15
  • D) 12
  • E) zero
       Dados: calor específico da água = 1 cal/g °C; calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g.
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A alternativa correta é letra A

As quantidades de calor trocadas entre a água e o gelo são descritas pela conservação da energia Qa + Qb + Qc = 0.
Qa = Calor para transformar gelo em água líquida
Qa = mgelo . Lgelo = 50x80 = 4000 cal
 
Qb = Calor do recipiente
Qb = C.ΔT= 50(Tf-40)
 
Qc = Calor da água
Qc = mágua.cágua.ΔT = 200.1.ΔT = 200(Tf-40)
 
Daí Qa + Qb + Qc = 200(Tf-40) + 50(Tf-40) + 4000 = 0
200Tf-8000+50Tf-200 + 4000 = 0
250Tf = 6000
Tf= 24ºC
Alternativa A.
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36) Em um dia de inverno, a temperatura ambiente está muito baixa. Com a finalidade de aquecer o ar do interior de uma pequena caixa que estava em contato com o ambiente, coloca-se dentro dessa caixa um objeto que está inicialmente a 100 °C.

A tabela abaixo mostra 5 possibilidades para esse objeto:
 
 
O objeto mais indicado para tal finalidade é:
  • A) A.
  • B) B.
  • C) C.
  • D) D.
  • E) E.
     
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A alternativa correta é letra C

O objeto que irá manter sua temperatura alta num certo período de tempo é aquele que tem alta capacidade térmica. Sabemos que a capacidade térmica C é calculado como o produdo da massa m pelo calor espercífico c. Portanto, fazendo esse cálculo para as 6 alternativas, percebe-se que o maior valor é atribuído para o objeto da letra C. Capacidade térmica=500.0.4=200cal/ºC.

37) Em um laboratório, as amostras X e Y, compostas do mesmo material, foram aquecidas a partir da mesma temperatura inicial até determinada temperatura final. Durante o processo de aquecimento, a amostra X absorveu uma quantidade de calor maior que a amostra Y. Considerando essas amostras, as relações entre os calores específicos cX e cY , as capacidades térmicas CX e CY e as massas mX e mY são descritas por: 

  • A)
  • B)
  • C)
  • D)
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A alternativa correta é letra A

As amostras X e Y são constituídas do mesmo material, portanto, têm mesmo calor específico e calor latente: cX = cY e  LX = LY.
As duas amostras foram submetidas à mesma variação de temperatura; logo, o calor envolvido no processo de aquecimento de cada uma é proporcional à respectiva massa: QX -mX e QY - mY.
Sendo QX > QY , a massa de X será maior que a de Y: mX > mY. Como a capacidade térmica também é proporcional à respectiva massa, tem-se CX > CY.
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38) O gráfico representa a temperatura em função do tempo de um líquido aquecido em um calorímetro.

Considerando-se desprezível a capacidade térmica do calorímetro e que o aquecimento foi obtido através de uma resistência elétrica, dissipando energia à taxa constante de 120 W, a capacidade térmica do líquido vale
  • A) 12 J/°C.
  • B) 20 J/°C.
  • C) 120 J/°C.
  • D) 600 J/°C.
  • E) 1 200 J/°C.
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A alternativa correta é letra E

Da termodinâmica conhecemos a relação Q = mcΔT. Considerando a relação de potência P = ΔE/Δt, podemos inserir a primeira equação na segunda e então relacionarmos mcΔT = P.Δt. Sabendo que a capacidade térmica é igual ao produto da massa com o calor específico, temos CΔT = P.Δt, assim C . (54-24) = 120 . 5 . 60 = 1200 J/°C. Resposta correta letra E.

39) A capacidade térmica de uma amostra de água é quatro vezes maior do que a de um bloco de ferro. Considere tal amostra de água na temperatura de 30 °C e tal bloco de ferro na temperatura de 60 °C. Colocando-os num recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, qual será a temperatura final de equilíbrio?

  • A) 32°C
  • B) 33°C
  • C) 34°C
  • D) 35°C
  • E) 36°C
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A alternativa correta é letra E

A temperatura final pode ser calculada pela conservação da energia (a conservação da energia pode ser usada para resolver a questão pois o sistema é termicamente isolado) : Qa + Qb = 0. Sendo :
 
Qa = Quantidade de calor trocada pela água
Qa = 4 C.ΔT = 4C. (Tf - 30)
 
Qb= Quantidade de calor trocado pelo ferro
Qb = C.ΔT= C.(Tf - 60)
 
Logo :
4C. (Tf - 30) = - C. (Tf - 60)
4Tf - 120 = -Tf + 60
Tf = 36º C
 
Alternativa E.
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40) Quatro esferas metálicas e maciças, E1, E2, E3 e E4 , todas com a mesma massa, são colocadas simultaneamente no interior de um recipiente contendo água em ebulição. A tabela abaixo indica o calor específico e a massa específica do metal que constitui cada esfera.  

 
Atingido o equilíbrio térmico, essas esferas são retiradas da água e colocadas imediatamente na superfície de um grande bloco de gelo que se encontra na temperatura de fusão. A esfera que fundiu a maior quantidade de gelo e a esfera que produziu a cavidade de menor diâmetro no bloco de gelo são, respectivamente:
 
Atingido o equilíbrio térmico, essas esferas são retiradas da água e colocadas imediatamente na superfície de um grande bloco de gelo que se encontra na temperatura de fusão. A esfera que fundiu a maior quantidade de gelo e a esfera que produziu a cavidade de menor diâmetro no bloco de gelo são, respectivamente:
  • A) E3 ; E4.
  • B) E2 ; E4.
  • C) E1 ; E3.
  • D) E1 ; E2.
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A alternativa correta é letra C

A esfera que fundiu a maior quantidade de gelo, será a esfera com a maior quantidade de calor. Sabendo que a quantidade de calor Q é dada por :
 
Q=m.c.ΔT
Sendo :
Q= Quantidade de calor
m= massa 
c = calor específico
ΔT = Variação da temperatura
Pelo enunciado, a massa das esferas são idênticas, assim como a variação de suas temperaturas (pois estão em equilíbrio térmico). Portanto, a esfera que possuir maior calor específico, terá a maior quantidade de calor (fundirá mais gelo). Pela tabela, o metal com maior calor específico é o alumínio. Logo, E1 é a esfera que fundiu a maior quantidade de gelo.
Já a esfera que produziu a cavidade de menor diâmetro no bloco de gelo, será a esfera de menor volume. Como as massas m são iguais, a esfera de menor volume V será a de maior massa específica, pois :
 
V=mmespecífica

Ou seja, quanto maior a massa específica, menor o volume, e consequentemente, menor o diâmetro  da cavidade produzido no bloco de gelo. A esfera que possui a maior massa específica é a E3, que corresponde ao níquel.
Logo, a alternativa correta é a letra C.
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