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

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61) Em um dia ensolarado, a potência média de um coletor solar para aquecimento de água é de 3 kW. Considerando a taxa de aquecimento constante e o calor específico da água igual a 4 200 J/(kg.°C), o tempo gasto para aquecer 30 kg de água de 25°C para 60°C será, em minutos, de

A) 12,5.
B) 15.
C) 18.
D) 24,5.
E) 26.

A alternativa correta é letra D

É necessário o conhecimento de duas equações para a resolução deste exercício:

\begin{array}{l} P = \frac{Q}{Δ t} \Rightarrow P Δ t = Q (1) \\ Q = m c Δ Θ (2) \end{array}

Sendo que a primeira é a potência fornecida ao sistema e a segunda é a equação fundamental da calorimetria.Onde m=massa, c=calor específica e

Δ Θ

=variação da temperatura.

Logo substituindo (1) em (2), obtém-se:

P Δ t = m c Δ Θ

Lembrado que 3KW=3000J.Portanto utilizando as informações do enunciado temos:

\begin{array}{l} P = 3 K w = 3 . 10^{3} J; m = 30 K g; c = 4200 \frac{J}{K g ° C} \\ Δ Θ = T_{f} - T_{i} = 60 ° - 25 ° = 35 ° \\ Δ t = \frac{m c Δ Θ}{P} = \frac{30.4, 2 . 10^{3} . 35}{3 . 10^{3}} = 1470 s \\ 1 m i n u t o \to 60 s e g u n d o s \\ x \to 1470 s e g u n d o s \\ x = 24, 5 m i n u t o s \end{array}

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62) Tendo como base os dados apresentados na tabela, assinale a alternativa INCORRETA:

A) Nas mesmas condições de aquecimento e para a mesma massa, a temperatura do óleo aumenta mais rapidamente do que a da água.
B) Para uma dada massa de água, a temperatura varia proporcionalmente ao tempo de aquecimento.
C) Para uma dada massa de água, a temperatura varia de modo proporcional ao calor recebido da chama.
D) Para a mesma quantidade de calor recebido, quanto maior a massa da substância aquecida, maior é a variação de temperatura por ela sofrida.
E) O tipo de substância e a massa são fatores que influem na variação da temperatura durante o aquecimento.

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A alternativa correta é letra D

Para os mesmos intervalos de tempo, a água com massa de 400 g variou a temperatura em uma taxa menor do que a água de 200g. A letra D é a incorreta.

63) (PUCCAMP – SP) Tem-se 200 g de um certo líquido à temperatura de 28 °C. Fornecendo-se 980 calorias diretamente a esse líquido, sua temperatura sobe para 35 °C. Sabe-se que esse fenômeno é regido pela expressão Q = m·c·Δθ, em que:

Q – Calor fornecido ao líquido, em calorias;

m – Massa do líquido, em gramas;

c – Calor específico do líquido, em cal/g°C;

Δθ – Variação da temperatura do líquido, em °C.

Pede-se o valor do calor específico do líquido.

A) 0,7 cal/g°C
B) 0,95 cal/g°C
C) 1,0 cal/g°C
D) 1,2 cal/g°C
E) 1,35 cal/g°C

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A alternativa correta é letra A

Substituindo os dados da questão na expressão :

Q=m.c.ΔT

980=200.c.7

c=0,7 cal/gºC

Alternativa A.

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64) Um chuveiro elétrico de potência 4,2.103 W é usado para aquecer 100 g de água por segundo, em regime permanente. O calor específico da água é c = 4,2 J/(g°C).

Despreze possível perda de calor para o ambiente. Se a temperatura de entrada da água no chuveiro é de 23°C, sua temperatura de saída é de

A) 28°C
B) 33°C
C) 38°C
D) 41°C
E) 45°C

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A alternativa correta é letra B

Sabemos que potência é igual a variação de energia por variação de tempo. Assim, podemos relacionar:

P = E/Δt = Q/Δt

Da termodinâmica sabemos que Q = mcΔT, assim

P = mcΔT/Δt -> com os dados fornecidos pelo enunciado:

4,2 . 10³ = 100 . 4,2 . ΔT / 1,0

ΔT = 10° -> ΔT = T - To = T - 23° = 10°

T = 33°

Resposta correta letra B.

65) Considere que o calor específico de um material presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g°C . Supondo que esse material entra na turbina a −20°C , a energia cedida a uma massa m = 5 g do material para que ele atinja uma temperatura de 880°C é igual a

A) 220 J.
B) 1000 J.
C) 4600 J.
D) 3600 J.

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A alternativa correta é letra D

Para a resolução do exercício é necessário aplicar a formula básica da calorimetria:

Q = m c Δ θ

Q=energia cedida, m=massa, c=calor especifico e

Δ Θ

=variação da temperatura.

Logo substituindo os dado do problema, chegamos a seguinte resposta:

m = 5 g T_{i} = - 20 ° C T_{f} = 880 ° C c = 0, 8 J / g ° C Δ Θ = T_{f} - T_{i} = 880 - (- 20) = 900 ° C Q = 5.0, 8.900 = 3600 J

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66) O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.

A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que

A) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada.
B) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada.
C) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região.
D) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura.
E) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite.

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A alternativa correta é letra B

A areia apresenta baixo calor específico, de modo que ela consegue aumentar sua temperatura muito rapidamente com uma fonte de calor, fazendo com que durante o dia as temperaturas no deserto do Saara sejam elevadas. Porém, do mesmo modo que a areia consegue aumentar sua temperatura rapidamente, ele também perde temperatura quando a fonte de calor é interrompida, fazendo com que durante a noite, as temperaturas do ambiente diminuam. No Saara, a umidade do ar é muito baixa (poucas moléculas de água no ar), de modo que não se consegue reter o calor irradiado pela areia. Portanto, a resposta correta é a alternativa B.

67) As plantas e os animais que vivem num ecossistema dependem uns dos outros, do solo, da água e das trocas de energia para sobreviverem. Um processo importante de troca de energia é chamado de calor.

Analise, então, as afirmativas:

I – Ondas eletromagnéticas na região do infravermelho são chamadas de calor por radiação.

II – Ocorre calor por convecção, quando se estabelecem, num fluido, correntes causadas por diferenças de temperatura.

III – Calor por condução pode ocorrer em sólidos, líquidos, gases e, também, no vácuo.

Está(ão) correta(s):

I – Ondas eletromagnéticas na região do infravermelho são chamadas de calor por radiação.

II – Ocorre calor por convecção, quando se estabelecem, num fluido, correntes causadas por diferenças de temperatura.

III – Calor por condução pode ocorrer em sólidos, líquidos, gases e, também, no vácuo.

Está(ão) correta(s):

A) apenas I.
B) apenas II.
C) apenas III.
D) apenas I e II.
E) apenas II e III.

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A alternativa correta é letra B

Analisando as afirmativas, temos :

I- Falsa. A absorção da onda eletromagnética na região do infravermelho é que origina a emissão de calor do corpo pelo seu aquecimento. Ou seja, o calor em si não é propagado pela onda eletromagnética, mas sim, pela emissão de ondas de calor do corpo aquecido.

II - Verdadeira. A convecção se dá pelo transporte de máteria pela diferença de densidade devido as alterações de temperatura no sistema. Ocorre em líquidos ou gases.

III - Falsa. O calor por condução é caracterizado pela transmissão de energia (movimento vibratório) entre os átomos. Sendo que no vácuo não há matéria, seria impossível tal calor ser propagado nesse meio.

Alternativa correta, B.

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68) Como não ia tomar banho naquele momento, um senhor decidiu adiantar o processo de enchimento de seu ofurô (espécie de banheira oriental), deixando-o parcialmente cheio. Abriu o registro de água fria que verte 8 litros de água por minuto e deixou-o derramar água à temperatura de 20ºC, durante 10 minutos. No momento em que for tomar seu banho, esse senhor abrirá a outra torneira que fornece água quente a 70°C e que é semelhante à primeira, despejando água na mesma proporção de 8 litros por minuto sobre a água já existente no ofurô, ainda à temperatura de 20°C. Para que a temperatura da água do banho seja de 30ºC, desconsiderando perdas de calor para o ambiente e o ofurô, pode-se estimar que o tempo que deve ser mantida aberta a torneira de água quente deve ser, em minutos:

A) 2,5.
B) 3,0.
C) 3,5.
D) 4,0.
E) 4,5.

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A alternativa correta é letra A

A quantidade de água fria jorrada na banheira durante 10 minutos será de 8 x 10 = 80 litros. Pela Conservação da Energia, pode-se afirmar que a soma das quantidades de calor do sistema deverá ser igual à zero. Portanto,

\begin{array}{l} Q_{A} + Q_{B} = 0 \\ m_{A} . c_{A} . Δ T_{A} + m_{B} . c_{B} . Δ T_{B} = 0 \end{array}

Sendo

Q_A= Quantidade de calor da água fria

Q_B= Quantidade de calor da água quente

ΔT = variação de temperatura

Por tratar-se do mesmo líquido, o calor específico da água quente e fria, são iguais : c_A=c_B . Daí vem,

\begin{array}{l} m_{A} . Δ T_{A} + m_{B} . Δ T_{B} = 0 \\ M a s, \\ Δ T_{A} = (T_{f i n a l} - T_{A}) = 30 - 20 = 10 ° C \\ Δ T_{B} = (T_{f i n a l} - T_{B}) = 30 - 70 = - 40 ° C \end{array}

\begin{array}{l} L o g o, \\ 10 m_{A} = 40 m_{B} \\ 4 m_{B} = 1 m_{A} \end{array}

(1)

A vazão Z, é definida como a relação entre o volume V pelo intervalo de tempo Δt :

Z = \frac{V}{Δ t}

(2)

E a densidade d, como a razão entre a massa m pelo volume V :

d = \frac{m}{V}

(3)

Das equações (2) e (3), obtemos que :

m = d . Z . Δ t

(4)

Substituindo (4) em (1) :

\begin{array}{l} 4 . d_{B} . Z_{B} . Δ t_{B} = . d_{A} . Z_{A} . Δ t_{A} \\ d_{B} = d_{A} e Z_{B} = Z_{A} \\ 4 Δ t_{B} = Δ t_{A} \\ Δ t_{B} = \frac{Δ t_{A}}{4} = \frac{10}{4} = 2, 5 m i n u t o s \end{array}

Alternativa A.

69) Uma dona de casa mistura, em uma garrafa térmica, 100 mL de água a 25 oC com 200 mL de água a 40 oC. A temperatura final dessa mistura, logo após atingir o equilíbrio térmico, é, em graus Celsius, aproximadamente igual a:

A) 29.
B) 32.
C) 35.
D) 38.

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A alternativa correta é letra C

No equilíbrio, Q1 + Q2 + ... + Qn = 0. Como a densidade da água é igual a 1 g/mL (1 g/cm³), 100 mL de água representam 100 g, logo:

(

m . c . Δ T

)₁ + (

m . c . Δ T

)₂ = 0.

100.1.(T_eq-25)+200.1.(T_eq-40)=0
T_eq=35 °C.

Portanto, a resposta correta é a alternativa C.

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70) Em uma aula da disciplina de Física no curso de Soldagem da Fatec, o docente responsável retoma com os alunos um tópico visto por eles no Ensino Médio. Explica como efetuar a análise de um gráfico de mudança de estado de uma determinada substância pura hipotética. Para isso, basta avaliarmos as grandezas físicas representadas nos eixos e o gráfico formado pela relação entre essas grandezas. Nesse gráfico, o trecho que apresenta inclinação indica mudança de temperatura por absorção de energia, e o que apresenta platô (trecho horizontal) indica mudança de estado por absorção de energia.

Após essa explicação, ele pergunta aos alunos qual foi a quantidade total de energia absorvida pela substância entre o fim da mudança de estado para o líquido, até o fim da mudança de estado para o gasoso.
A resposta correta a essa pergunta, em calorias, é

A) 2 000.
B) 4 000.
C) 6 000.
D) 10 000.
E) 14 000.

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A alternativa correta é letra D

O primeiro trecho horizontal indica a mudança de estado para o líquido. Como é crescente, é óbvio que esta é a primeira mudança, já que antes disso a substância estava no estado sólido, ganhou energia, até o momento em que fez a mudança de estado. Note que, quando a mudança termina, Q(cal) está em 4000, ou seja, este é o nosso ponto inicial (4000 cal). Em ordem crescente, a próxima mudança é do estado líquido para o gasoso, logo o próximo trecho horizontal é nosso objeto de estudo. E este trecho termina em 14000 cal, este é o nosso ponto final.
Agora, para descobrir a quantidade de energia total absorvida pela substância entre essa mudanças, devemos fazer a diferença.
E_a = 14000 cal - 4000 cal = 10000 cal
E_a - Energia absorvida
Alternativa d)

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