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}

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:

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.

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).

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

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) 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.

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.

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.

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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