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

Vamos analisar cada material, descrevendo sua condutibilidade térmica, e com isso vai ficar claro o caso em que o gelo derrete mais lentamente.
O bloco 1 vai derreter normalmente já que não existe um intermediário nas trocas de calor.
O bloco 2 que é enrolado em papel alumínio vai derreter um pouco mais devagar, já que o alumínio apesar de bom condutor térmico ainda é um intermediário no processo, e nada se compara a ausência de tal para o derretimento ser mais rápido.
O bloco 3 vai derreter ainda mais devagar, já que estará enrolado em um jornal, que vai isolar consideravelmente o gelo do calor externo, mas é claro que em um dado momento o gelo vai começar a derreter.
Já o bloco 4 é aquele que vai demorar mais para derreter, isto porque a lã é um excelente isolante térmico, isto quer dizer que ela tende a manter a temperatura interna do corpo, dificultando e muito o seu contato com o ambiente externo. Até por isso usamos blusas de lã e não de alumínio.
Alternativa D).

A Capacidade Térmica é dada por : C = m.c .

Sendo :

C - Capacidade Térmica

m - massa

c - calor específico

A Capacidade Térmica C_f da panela de ferro é :

C_f= 800 . 0,16 = 128 cal/ºC

A Capacidade Térmica Ca da panela de alumínio é :

C_a= 200 . 0,34 = 68 cal/ºC

Alternativa correta, letra B.

A Capacidade Térmica da lã é alta ( ela é um excelente isolante térmico), ou seja, necessita de grandes quantidades de calor para que sua temperatura varie. Além disso, a cor branca da lã tem baixa absorvidade e reflete a luz. A alternativa que expressa corretamente essas ideias é a letra C.

Para resolver este problema precisamos descobrir a quantidade de calor envolvida no processo citado, e para isso vamos utilizar a seguinte equação:

Q = mL_V
Donde Q é o calor, m é a massa e L_V é o calor latente de vaporização. 

Mas, não sabemos a massa, contudo temos informações com respeito ao volume de água gerado neste processo, considerando as informações no enunciado e que não há uma absorção por parte do solo, ou perda de água no processo, temos que será gerado uma camada de água sobre o terreno de 1,5 cm de altura, com um raio de 660 km, neste caso temos um cilindro, que tem volume calculado a partir da seguinte fórmula:

V = πr²h
Donde V é o volume, r é o raio e h é a altura.

Com isso, e usando a fórmula de densidade, temos:
ρ = m/V => m = ρV = ρπr²h
Donde m é a massa, V é o volume e ρ é a densidade.

Q = mL_V =  ρπr²hL_V = (10³ kg/m³)(3)(660 km)²(1,5 cm)(2*10⁶ J/kg)

Lembrando que 1 cm = 0,01 m e 1 km = 10³ m
Q=(10³ kg/m³)(3)(660*10³ m)²(0,015 m)(2*10⁶ J/kg)
Q = 3,9204*10¹⁹ J

Como queremos descobrir a potência relacionada a tal fenômeno, devemos usar a seguinte fórmula:

P = Q/Δt 
Donde P é a potência, Q é o calor e Δt é o tempo decorrido (1 dia).

P = (3,9204*10¹⁹ J)/(8,6*10⁴ s) ≈ 4,6*10¹⁴ W

Alternativa B)

A energia em forma de calor necessária para derreter tal Iceberg, é dada por:
 

$$\begin{gathered} Q = m.L_f = \left(27.{10}^9 g\right) . \left(80 cal/g\right) \\ = 216.{10}^{10} . 4,2 J = 9,07.{10}^{12} J \end{gathered}$$
 

Em termos de energia de repouso, podemos escrever:
 

onde m₀ seria a quantidade de massa correspondente à tal energia. Portanto, alternativa A.

Sabemos que a potência é uma medida cujo objetivo é mensurar a rapidez com que é executa um trabalho, ou de forma equivalente, a rapidez com que ocorre transferências de energia.

Com isso,

P = ΔQ/Δt 
P é a potência, ΔQ é a variação da energia (calor), e Δt é o tempo decorrido. 

O fato da potência ser constante, quer dizer que ela é a mesma nos dois momentos do gráfico, de 0 a 10 min e de 10 a 54 min.

De 0 a 10 minutos temos que a variação de calor é:

ΔQ = mcΔT
Donde ΔQ é a variação de calor, m é a massa, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.

Logo, 

P = mcΔT/Δt

De 10 a 54 minutos temos que o calor é:

Q = mL_v
Donde Q é o calor, m é a massa e L_v é o calor de vaporização.

E assim, temos:

P' = mL_v/Δt'
 
Mas, note que P' = P, como já discutido acima, então:

mL_v/Δt' = mcΔT/Δt
Dividindo ambos os lados por m:
L_v/Δt' = cΔT/Δt => L_v = Δt'cΔT/Δt​

Δt' = 54 min - 10 min = 44 min
Δt = 10 min - 0 min = 10 min
ΔT = 78 °C - 0 °C = 78 °C

L_v = (44 min)(0,58 cal/g.°C)(78 °C)/(10 min)≈ 200 cal/g

Alternativa B)

Calculando a massa de água que evaporou:

 

Onde d= densidade em kg/m³, m= massa em kg, V= Volume em m³.

Para calcular  o calor latente de fusão dessa substância devemos analisar desde o ponto em que começa a mudança de fase (300 cal, 50 °C)  até o ponto em que toda a substância já mudou de fase (1000 cal, 50 °C).
Sendo assim temos:

Q = mL_F 
Q_f - Q_i =mL_F 
L_F =  (Q_f - Q_i)/m = (1000 cal - 300 cal)/(10 g) = 70 cal/g

O calor latente de uma substância é o valor associado com a sua mudança de fase, neste momento a substância deixa de aumentar sua temperatura, e com a inserção de calor no sistema (uma dada quantidade) ela muda de fase.

Como a temperatura deve ser constante, temos dois possíveis candidatos a calor latente de vaporização BC e DE. Mas, a quantidade esperada não pode se referir a BC, pois ela está em uma temperatura menor que DE, o calor latente de vaporização deve estar na maior faixa de temperatura. Logo, temos que o intervalo correto para o calor latente de vaporização é DE.

Alternativa C)

Considerando que o trabalho do peso durante a queda será convertido integralmente em calor para aumentar a temperatura da água, temos:

Wp = Q ⇒ mgh = mcΔT ⇒ 10.250 = 4200.ΔT 

⇒ ΔT = 0,6 °C

 

Sendo esse valor equivalente ao "1 grau de calor" que a temperatura da água subiu, então "1/5 de grau" equivale a:

0,6 / 5 = 0,12 °C