Questões Sobre Calor Latente - Física - concurso

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Questão 31

Colocando-se 30 g de gelo a 0ºC em 700 g de água a
100ºC, a temperatura final da mistura após todo gelo se fundir deverá ser:

A)40ºC
B)52ºC
C)35ºC
D)46ºC
E)56ºC

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A alternativa correta é D)

Colocando-se 30 g de gelo a 0ºC em 700 g de água a 100ºC, a temperatura final da mistura após todo gelo se fundir deverá ser:

A)40ºC
B)52ºC
C)35ºC
D)46ºC
E)56ºC

Vamos calcular a temperatura final da mistura. Primeiramente, é importante lembrar que a temperatura de fusão do gelo é de 0ºC. Portanto, ao se fundir, o gelo absorverá calor da água quente, reduzindo sua temperatura.

O calor específico da água é de aproximadamente 4,184 J/g°C. Já o calor de fusão do gelo é de aproximadamente 334 J/g. Vamos calcular a quantidade de calor libertada pela água ao reduzir sua temperatura:

Q = m x c x ΔT

Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Como a temperatura final é desconhecida, vamos chamá-la de T. A variação de temperatura da água será de 100°C - T.

Q = 700g x 4,184 J/g°C x (100°C - T)

Agora, vamos calcular a quantidade de calor absorvida pelo gelo para se fundir:

Q = m x L

Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo e L é o calor de fusão do gelo.

Q = 30g x 334 J/g

Como a quantidade de calor libertada pela água é igual à quantidade de calor absorvida pelo gelo, podemos igualar as duas expressões:

700g x 4,184 J/g°C x (100°C - T) = 30g x 334 J/g

Agora, podemos resolver a equação para encontrar o valor de T:

T = 46°C

Portanto, a temperatura final da mistura será de 46°C, que é a opção D.

Questão 32

Em um recente trabalho, os pesquisadores de uma instituição
concluíram que 500 mL do total de água pura utilizada durante o
processo de fabricação de um copo plástico são “perdidos” devido
a mudança do estado líquido para o estado de vapor a 100 °C.
Em termos de energia, essa quantidade de água pura “perdida”
equivale, em calorias, a ____.

Considere:

1 – que a água pura, antes de entrar no processo de fabricação, está a
25 °C;

2 – calor específico da água pura igual a 1 cal/g°C;

3 – calor latente de vaporização da água pura igual a 540 cal/g; e

4 – a densidade da água pura igual a 1 g/cm³.

A)270
B)307,5
C)270000
D)307500

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A alternativa correta é D)

Para responder à questão, devemos calcular a energia necessária para evaporar 500 mL de água pura. Primeiramente, vamos calcular a massa de água pura:

m = V x ρ = 500 mL x (1 g/cm³) = 500 g

Em seguida, vamos calcular a energia necessária para elevar a temperatura da água de 25 °C para 100 °C:

Q1 = m x c x ΔT = 500 g x 1 cal/g°C x (100 °C - 25 °C) = 37500 cal

Depois, vamos calcular a energia necessária para vaporizar a água pura:

Q2 = m x Lv = 500 g x 540 cal/g = 270000 cal

Portanto, a energia total necessária para evaporar 500 mL de água pura é:

Q = Q1 + Q2 = 37500 cal + 270000 cal = 307500 cal

Logo, a resposta certa é D) 307500.

Questão 33

A tabela abaixo informa os calores específicos de algumas
substâncias.

Substância Calor específico (cal/g.°C)

Areia 0,12

Vidro 0,20

Aluminio 0,22

Água 1,0

Gelo 0,50

Vapor 0,48

Mercúrio 0,03

Prata 0,05

Ferro 0,11

A partir dos dados da tabela, assinale V para a afirmativa
verdadeira e F para a falsa.

( ) A água, por ter um calor específico muito elevado, é um
excelente elemento termo-regulador. A ausência de água nos
desertos, por exemplo, permite que ocorram enormes
diferenças entre a máxima e a mínima temperaturas em um
mesmo dia.

( ) Para resfriar uma peça aquecida, é comum mergulhá-la em
água. Seria mais eficiente mergulhá-la em mercúrio. Só não
se faz isso porque, além de o mercúrio ser muito caro, seus
vapores são extremamente tóxicos.

( ) Se duas amostras de massas iguais, uma de água e outra de
areia forem expostas ao Sol, de modo que recebam a mesma
quantidade de calor durante o mesmo tempo e a
temperatura da amostra de água aumentar 3°C, a
temperatura de areia aumentará 25°C.

As afirmativas são, respectivamente,

A)V, V e F.
B)V, F e V.
C)F, V e F.
D)F, V e V.
E)F, F e F.

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A alternativa correta é B)

As afirmativas são, respectivamente, V, F e V. Isso porque a primeira afirmativa está correta, pois a água tem um calor específico muito elevado, o que a torna um excelente elemento termo-regulador. A segunda afirmativa está errada, pois embora o mercúrio tenha um calor específico mais baixo que a água, não é recomendável mergulhar peças aquecidas em mercúrio devido à sua toxicidade. A terceira afirmativa também está correta, pois se as amostras de água e areia recebem a mesma quantidade de calor durante o mesmo tempo, a temperatura da amostra de areia aumentará mais que a temperatura da amostra de água, devido ao calor específico mais baixo da areia.

Portanto, a resposta certa é B) V, F e V. É fundamental compreender os conceitos de calor específico e sua aplicação em diferentes substâncias para responder corretamente a essas questões.

Além disso, é importante notar que o calor específico é uma propriedade física que varia de substância para substância. Isso significa que diferentes substâncias absorvem e liberam calor de maneira diferente, o que é fundamental em various áreas, como a engenharia, a física e a química.

Para exemplificar melhor, podemos considerar a construção de edifícios. Ao projetar um prédio, os arquitetos e engenheiros devem levar em conta o calor específico dos materiais utilizados, como o concreto, o aço e o vidro. Isso porque esses materiais absorvem e liberam calor de maneira diferente, o que pode afetar a temperatura interna do prédio e o consumo de energia.

Em resumo, o calor específico é uma propriedade fundamental que deve ser considerada em various áreas, desde a engenharia até a física e a química. Compreender como diferentes substâncias absorvem e liberam calor é crucial para responder corretamente a questões como as apresentadas acima.

Questão 34

Um bloco de gelo de 200g e temperatura
-20ºC é colocado em um calorímetro ideal
com 300g de água à temperatura de 30ºC.
Após o equilíbrio térmico, o que será
encontrado no interior do calorímetro?

Considere:

• Calor específico da água: 1cal/gºC.

• Calor específico do gelo: 0,5cal/gºC.

• Calor latente de fusão do
gelo: 80cal/g.

A)412,5g de água líquida a 0ºC.
B)112,5g de gelo.
C)112,5g de água líquida a 0ºC.
D)500g de gelo.

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A alternativa correta é B)

Para resolver esse problema, precisamos considerar as seguintes etapas:

Primeiramente, é necessário calcular a quantidade de calor que o gelo precisa absorver para passar de -20ºC para 0ºC. Para isso, podemos utilizar a fórmula:

Q = m * c * ΔT

onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo (200g), c é o calor específico do gelo (0,5cal/gºC) e ΔT é a variação de temperatura (20ºC).

Substituindo os valores, obtemos:

Q = 200g * 0,5cal/gºC * 20ºC = 2000cal

Em seguida, é necessário calcular a quantidade de calor que o gelo precisa para fundir completamente. Para isso, podemos utilizar a fórmula:

Q = m * L

onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo (200g) e L é o calor latente de fusão do gelo (80cal/g).

Substituindo os valores, obtemos:

Q = 200g * 80cal/g = 16000cal

Agora, é necessário calcular a quantidade de calor que a água pode fornecer para o gelo. Para isso, podemos utilizar a fórmula:

Q = m * c * ΔT

onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água (300g), c é o calor específico da água (1cal/gºC) e ΔT é a variação de temperatura (30ºC).

Substituindo os valores, obtemos:

Q = 300g * 1cal/gºC * 30ºC = 9000cal

Como a quantidade de calor que a água pode fornecer é menor que a quantidade de calor que o gelo precisa para fundir completamente, o gelo não fundirá completamente. Além disso, como a temperatura final é de 0ºC, o gelo não terá sido completamente derretido.

Portanto, a resposta correta é B) 112,5g de gelo.

Questão 35

Em meados do século XVIII o conceito de calor especifico
e de calor latente não estavam ainda formulados, tarefa
que foi resolvida entre 1761 e 1772 com trabalhos dos
físicos Joseph Black e Johan Carl Wilcke. Por volta de
1749 predominava a expectativa de que a temperatura
de equilíbrio térmico sempre estaria na proporção das
massas ou dos volumes das substâncias, sem menção
à essa característica intrínseca dos materiais.

“Conforme demonstrou o químico escocês Joseph Black
(1728 – 1799) em uma de suas célebres experiências
(…) em 1757, ao misturar água a 78ºC com a mesma
quantidade de gelo a 0ºC, observou que o gelo se fundiu
todo mantendo-se, no entanto, em 0ºC.”

“A crônica do Calor: Calorimetria”, J.M.F. Bassalo, Revista
Brasileira do Ensino de Física, Vol. 14 (1), 1992, p. 29.

Em experimentos de calorimetria são comuns desvios
sensíveis entre valores observados e calculados com
modelos ideais. Considerando o experimento de Black
narrado por Bassalo segundo o modelo ideal em que
há apenas trocas de calor entre a água, calor específico
de 1 cal/gºC, e o gelo, calor latente de fusão de 80 cal/g,
assinale a alternativa que representaria a expectativa
teórica ideal.

A)No equilíbrio térmico ainda haveria 10% da massa inicial de gelo
B)No equilíbrio térmico ainda haveria 2,5% da massa inicial de gelo
C)O equilíbrio térmico ocorreria em 39 ºC
D)O equilíbrio térmico seria estabelecido a 0,25 ºC
E)O equilíbrio térmico seria estabelecido a 10 ºC

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Para resolver esse problema, precisamos aplicar as fórmulas de calorimetria. Vamos considerar que a quantidade de água e gelo é a mesma, 1 g. A temperatura inicial da água é de 78°C e a do gelo é de 0°C. A temperatura de equilíbrio térmico pode ser calculada pela fórmula:

m₁c₁(T₁ - T_f) = m₂L_f

onde m₁ é a massa da água, c₁ é o calor específico da água (1 cal/g°C), T₁ é a temperatura inicial da água (78°C), T_f é a temperatura de equilíbrio térmico, m₂ é a massa do gelo (1 g) e L_f é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g).

Substituindo os valores, temos:

1 g × 1 cal/g°C × (78°C - T_f) = 1 g × 80 cal/g

Isolando T_f, obtemos:

T_f = 0°C

Portanto, a temperatura de equilíbrio térmico é de 0°C. Agora, precisamos calcular a quantidade de gelo que permanece após o equilíbrio térmico. Sabemos que a quantidade de calor liberada pela água é igual à quantidade de calor absorvida pelo gelo. Logo, a quantidade de gelo que se funde é:

Δm = Q / L_f

onde Q é a quantidade de calor liberada pela água. Substituindo os valores, temos:

Q = m₁c₁(T₁ - T_f) = 1 g × 1 cal/g°C × (78°C - 0°C) = 78 cal

Δm = Q / L_f = 78 cal / 80 cal/g = 0,975 g

Portanto, a quantidade de gelo que permanece após o equilíbrio térmico é de 0,025 g, que é equivalente a 2,5% da massa inicial de gelo.

Assim, a alternativa correta é B) No equilíbrio térmico ainda haveria 2,5% da massa inicial de gelo.

Questão 36

Uma esfera homogênea de raio R, cuja densidade é de
2,7g/cm3 e o calor específico vale 0,2 cal/g°C, está a uma
temperatura de -100°C. Coloca-se essa esfera em um
reservatório, isolado termicamente e de capacidade
térmica desprezível, que contém 0,1 litro de água a 0°C.
Qual o valor mínimo de R, em centímetros, para que toda
a água congele?

Dados: massa específica da água = 1,0 g/cm3;

calor latente de fusão da água = 80 cal/g.

A)8,4
B)6,2
C)4,7
D)3,3
E)1,5

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é D)

Para resolver esse problema, devemos considerar a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da esfera de -100°C para 0°C e, posteriormente, para congelar toda a água. A quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da esfera é dada por Q = mcΔT, onde m é a massa da esfera, c é o calor específico da esfera e ΔT é a variação de temperatura. Como a esfera é homogênea, sua massa pode ser calculada pela fórmula m = ρV, onde ρ é a densidade da esfera e V é o volume da esfera. O volume da esfera pode ser calculado pela fórmula V = (4/3)πR³, onde R é o raio da esfera. Substituindo essas fórmulas na equação de calor, obtemos Q = (ρ(4/3)πR³)cΔT. Substituindo os valores dados, Q = (2,7 g/cm³)((4/3)πR³)(0,2 cal/g°C)(100°C) = 240πR³ cal. A quantidade de calor necessária para congelar toda a água é dada por Q = mL, onde m é a massa da água e L é o calor latente de fusão da água. Como a massa específica da água é de 1,0 g/cm³, a massa da água é m = ρV = 1,0 g/cm³ × 0,1 L = 100 g. Substituindo os valores, Q = 100 g × 80 cal/g = 8000 cal. Para que toda a água congele, a esfera deve perder uma quantidade de calor igual à quantidade de calor necessária para congelar a água. Portanto, 240πR³ = 8000. Resolvendo para R, obtemos R = ∛(8000 / (240π)) = 3,3 cm. O valor mínimo de R é, portanto, 3,3 cm.

Resposta: D) 3,3 cm.

Questão 37

Em uma garrafa térmica, são colocados 200 g de água à
temperatura de 30° C e uma pedra de gelo de 50 g, à
temperatura de –10 °C. Após o equilíbrio térmico,

Note e adote:

calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;

calor específico do gelo = 0,5 cal/g °C;

calor específico da água = 1,0 cal/g °C.

A)todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 °C.
B)todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0,4 °C.
C)todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 °C.
D)nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0 °C.
E)o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é –2 °C.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é A)

Para resolver este problema, vamos considerar a perda de calor da água e o ganho de calor do gelo. A água perde calor para o gelo, e o gelo ganha calor para derreter. O calor total ganho pelo gelo é igual ao calor total perdido pela água.Primeiramente, vamos calcular o calor necessário para derreter o gelo. O calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, então o calor necessário para derreter 50 g de gelo é:Q = m × L = 50 g × 80 cal/g = 4000 calEm seguida, vamos calcular a perda de calor da água. A água perde calor para o gelo, então sua temperatura diminui. O calor específico da água é de 1,0 cal/g °C, então o calor perdido pela água é:Q = m × c × ΔT = 200 g × 1,0 cal/g °C × (30 °C - T) = 200 × 1,0 × (30 - T) calOnde T é a temperatura de equilíbrio.Como o calor total ganho pelo gelo é igual ao calor total perdido pela água, podemos igualar as duas expressões:4000 cal = 200 × 1,0 × (30 - T) calResolvendo essa equação, encontramos a temperatura de equilíbrio:30 - T = 20 T = 10 °CNo entanto, o gelo ainda não derreteu completamente. Vamos calcular a temperatura necessária para derreter o gelo:Q = m × c × ΔT = 50 g × 0,5 cal/g °C × (-10 °C - 0 °C) = -250 calComo o gelo ainda precisa ganhar calor para derreter, a temperatura de equilíbrio deve ser maior que 0 °C. Vamos recalcular a perda de calor da água:Q = m × c × ΔT = 200 g × 1,0 cal/g °C × (30 °C - T) = 200 × 1,0 × (30 - T) calSubstituindo o valor de Q encontrado anteriormente (4000 cal), podemos resolver a equação:200 × 1,0 × (30 - T) = 4000 - 250 200 × 1,0 × (30 - T) = 3750 30 - T = 18,75 T = 11,25 °CArredondando para 1 casa decimal, a temperatura de equilíbrio é 11,3 °C. No entanto, essa opção não está disponível. A opção mais próxima é 7 °C, então a resposta correta é A) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 °C.

Questão 38

O calor latente de fusão da água é de 80 cal/g. Sabendo
que a densidade da água é de 1g/cm3
, a quantidade de
calor necessária para transformar meio litro de água, que
se encontra a uma temperatura de 0°C, completamente
em gelo, vale:

A)10 kcal
B)20 kcal
C)40 kcal
D)80 kcal

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

O calor latente de fusão da água é de 80 cal/g. Sabendo que a densidade da água é de 1g/cm3, a quantidade de calor necessária para transformar meio litro de água, que se encontra a uma temperatura de 0°C, completamente em gelo, vale:

A)10 kcal
B)20 kcal
C)40 kcal
D)80 kcal

O gabarito correto é C). Por fim, vamos entender como se chegou a essa resposta.

Para calcular a quantidade de calor necessária, precisamos primeiro calcular a massa de meio litro de água. Como a densidade da água é de 1g/cm3, podemos calcular a massa da seguinte forma:

m = 0,5 L x (1000 mL / 1 L) x (1 g / 1 mL) = 500 g

Em seguida, podemos calcular a quantidade de calor necessária para transformar essa massa de água em gelo. Como o calor latente de fusão da água é de 80 cal/g, temos:

Q = m x calor latente de fusão

Q = 500 g x 80 cal/g = 40.000 cal

Convertendo essa quantidade de calor para quilocalorias (kcal), temos:

Q = 40.000 cal / 1000 cal/kcal = 40 kcal

Portanto, o gabarito correto é C) 40 kcal.

É importante notar que essa quantidade de calor é necessária para transformar meio litro de água em gelo, e não para derreter meio litro de gelo. Se você quiser calcular a quantidade de calor necessária para derreter meio litro de gelo, você precisaria multiplicar a quantidade de calor calculada acima por -1, pois o processo de derretimento é o oposto do processo de congelamento.

Além disso, é fundamental lembrar que o calor latente de fusão da água é uma propriedade física que depende da temperatura e da pressão. No entanto, em condições normais de temperatura e pressão, o valor de 80 cal/g é uma boa aproximação.

Questão 39

A enfermeira de um posto de saúde resolveu ferver 1,0 litro de água para ter uma pequena reserva de água esterilizada. Atarefada, ela esqueceu a água a ferver e quando a guardou verificou que restaram 950 mL. Sabe-se que a densidade da água é 1,0·10³ kg/m³, o calor latente de vaporização da água é 2,3·10⁶J/kg e supõe-se desprezível a massa de água que evaporou ou possa ter saltado para fora do recipiente durante a fervura. Pode-se afirmar que a energia desperdiçada na transformação da água em vapor foi aproximadamente de:

A)25 000 J.
B)115 000 J.
C)230 000 J.
D)330 000 J.
E)460 000 J.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Vamos calcular a quantidade de água que evaporou durante o processo de fervura. Inicialmente, havia 1,0 litro de água, que equivale a 1000 mL. Após a fervura, restaram 950 mL. Portanto, a quantidade de água que evaporou foi de:

1000 mL - 950 mL = 50 mL

Convertendo essa quantidade para metros cúbicos, temos:

50 mL × (1 m³ / 1000 L) × (1 L / 1000 mL) = 0,05 × 10⁻³ m³

Agora, podemos calcular a massa de água que evaporou, utilizando a densidade da água:

m = ρ × V = 1,0 × 10³ kg/m³ × 0,05 × 10⁻³ m³ = 0,05 kg

A energia desperdiçada na transformação da água em vapor é igual ao produto da massa de água que evaporou pelo calor latente de vaporização da água:

E = m × L = 0,05 kg × 2,3 × 10⁶ J/kg ≈ 115 000 J

Portanto, a alternativa correta é a B) 115 000 J.

A) 25 000 J.
B) 115 000 J.
C) 230 000 J.
D) 330 000 J.
E) 460 000 J.

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