Questões Sobre Calor Sensível - Física - concurso

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Questão 1

Uma massa de água no estado sólido, inicialmente à
temperatura de –10 ºC, é aquecida até atingir a temperatura final de 80 ºC. Considere que todo o processo
tenha ocorrido à pressão constante de 1,0 atm e que
essa massa de água tenha recebido um total de 16500
cal para o processo térmico. Sem levar em conta os
efeitos de sublimação do gelo para temperaturas abaixo
de 0 ºC, assuma que o valor para o calor específico do
gelo seja de 0,5 cal/g ºC, que o calor específico da água
seja 1,0 cal/g ºC e que o calor latente de fusão do gelo
seja de 80,0 cal/g.

Nesse caso, a massa de água aquecida, em gramas,
durante o processo é de

A)100
B)200
C)300
D)400

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A alternativa correta é A)

Uma massa de água no estado sólido, inicialmente à temperatura de –10 ºC, é aquecida até atingir a temperatura final de 80 ºC. Considere que todo o processo tenha ocorrido à pressão constante de 1,0 atm e que essa massa de água tenha recebido um total de 16500 cal para o processo térmico. Sem levar em conta os efeitos de sublimação do gelo para temperaturas abaixo de 0 ºC, assuma que o valor para o calor específico do gelo seja de 0,5 cal/g ºC, que o calor específico da água seja 1,0 cal/g ºC e que o calor latente de fusão do gelo seja de 80,0 cal/g.

Nesse caso, a massa de água aquecida, em gramas, durante o processo é de

Para encontrar a resposta, vamos analisar o processo de aquecimento em etapas. Primeiramente, o gelo é aquecido de –10 ºC até 0 ºC, o que corresponde a uma variação de temperatura de 10 ºC. Nessa etapa, a energia fornecida é utilizada para aumentar a temperatura do gelo, e podemos calcular a quantidade de calor necessária para isso.

Q1 = m * c * ΔT

Q1 = m * 0,5 cal/g ºC * 10 ºC

Q1 = 5m cal

Em seguida, o gelo funde-se à temperatura de 0 ºC, o que requer uma quantidade de calor latente de fusão. Podemos calcular essa quantidade de calor como:

Q2 = m * L

Q2 = m * 80,0 cal/g

Q2 = 80m cal

Finalmente, a água líquida é aquecida de 0 ºC até 80 ºC, o que corresponde a uma variação de temperatura de 80 ºC. Nessa etapa, a energia fornecida é utilizada para aumentar a temperatura da água, e podemos calcular a quantidade de calor necessária para isso.

Q3 = m * c * ΔT

Q3 = m * 1,0 cal/g ºC * 80 ºC

Q3 = 80m cal

A soma das quantidades de calor fornecidas em cada etapa é igual à quantidade total de calor fornecida, que é de 16500 cal.

Q1 + Q2 + Q3 = 16500 cal

5m + 80m + 80m = 16500

165m = 16500

m = 16500 / 165

m = 100 g

A)100
B)200
C)300
D)400

Portanto, a massa de água aquecida é de 100 g.

Questão 2

Um copo com 300g de água foi colocado sobre a mesa da cozinha no início da manhã e ali
permaneceu até ao meio dia, horário em que a temperatura estava 30 °C. Para tomar essa
água gelada, um estudante colocou a água do copo e dois cubos de gelo em um recipiente
termicamente isolado e aguardou o sistema entrar em equilíbrio térmico. Sabe-se que esse
conjunto estava submetido à pressão de
1atm
, que o Calor Latente de Fusão do gelo é LF
= 80cal / g , que o Calor Específico do Gelo é
cgelo = 0,5cal / g. ºC , que o Calor Específico da
água é
cágua = 1cal / g.
ºC
, que os dois cubos de gelo estava inicialmente a 0 °C e que cada
um possuía massa de 50 g.

No final do processo, a temperatura da água resultante do equilíbrio térmico foi igual a

A)0,00°C.
B)2,50°C.
C)20,5°C.
D)22,5°C.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

10°C.

Para calcular a temperatura final da água, precisamos considerar a quantidade de calor transferida do gelo para a água e vice-versa. Inicialmente, o gelo está a 0°C e a água está a 30°C. Ao entrar em equilíbrio térmico, a temperatura final será uma temperatura intermediária entre esses dois valores.

Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir os dois cubos de gelo. A quantidade de calor necessária para fundir 1 g de gelo é igual ao Calor Latente de Fusão do gelo, que é de 80 cal/g. Portanto, para fundir 100 g de gelo (2 cubos de 50 g cada), é necessário:

Q = m x L_F = 100 g x 80 cal/g = 8000 cal

Em seguida, vamos calcular a quantidade de calor transferida da água para o gelo. A temperatura inicial da água é de 30°C e a temperatura final é desconhecida. Vamos chamar a temperatura final de T. A quantidade de calor transferida da água para o gelo é igual ao produto da massa de água, do Calor Específico da água e da variação de temperatura:

Q = m x c_água x ΔT = 300 g x 1 cal/g°C x (30°C - T)

Como o sistema está em equilíbrio térmico, a quantidade de calor transferida da água para o gelo é igual à quantidade de calor necessária para fundir o gelo:

300 g x 1 cal/g°C x (30°C - T) = 8000 cal

Agora, podemos resolver a equação para encontrar a temperatura final T:

30°C - T = 8000 cal / (300 g x 1 cal/g°C) = 26.67°C

Portanto, a temperatura final da água é de:

T = 30°C - 26.67°C = 2.50°C

Logo, a resposta certa é a opção B) 2,50°C.

Questão 3

Em geral, a temperatura do ser humano é
constante e igual a 37°C. A hipotermia é
caracterizada pela redução da temperatura padrão
de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado
da hipotermia, em determinadas cirurgias
cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui
o consumo de oxigênio do cérebro e do coração,
bem como reduz a chance de danos ocasionados
pela falta de circulação do sangue. Suponha que
um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a
uma cirurgia de coração. A temperatura inicial de seu corpo é 37°C e pretende-se diminuí-la para
30°C. Considere o calor específico do corpo
humano igual a 1,0 cal/g.°C e o calor latente de
fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de
gelo necessária para diminuir a temperatura do
paciente até 30°C é:

A)10 g
B)4,25 g
C)4,25 kg
D)5,25 g
E)5,25 kg

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A alternativa correta é E)

Para calcular a massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30°C, precisamos utilizar a fórmula de calor específico. Sabemos que o calor específico do corpo humano é igual a 1,0 cal/g.°C, o que significa que para aumentar ou diminuir a temperatura do corpo em 1°C, é necessário fornecer ou retirar 1 caloria por grama de massa corporal.Primeiramente, precisamos calcular a variação de temperatura que precisamos alcançar. A temperatura inicial do paciente é 37°C e a temperatura final desejada é 30°C, então a variação de temperatura é de 7°C (37°C - 30°C).Em seguida, precisamos calcular a quantidade de calor que precisa ser retirada do corpo do paciente para alcançar essa variação de temperatura. Sabemos que a massa do paciente é 60 kg, então a quantidade de calor que precisa ser retirada é igual a:Q = m x c x ΔT Q = 60.000 g x 1,0 cal/g.°C x 7°C Q = 420.000 calAgora, precisamos calcular a massa de gelo necessária para retirar essa quantidade de calor do corpo do paciente. Sabemos que o calor latente de fusão do gelo é igual a 80 cal/g, então a massa de gelo necessária é igual a:m = Q / L m = 420.000 cal / 80 cal/g m = 5.250 gPortanto, a massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30°C é igual a 5.250 g, o que corresponde à opção E) 5,25 kg.

Questão 4

Em um recipiente de alumínio de massa MR = 800 g,
inicialmente à temperatura TR = 200 °C, foram
colocados vários cubos de gelo a TG = 0 °C.
Considerando que somente ocorreu transferência de
calor entre o gelo e o recipiente, calcule a massa de
gelo que se fundiu, sabendo que a temperatura final de
equilíbrio foi TF = 0 °C. Dados: os calores específicos
do alumínio e da água são cAl = 0,220 cal/g°C e cH2O =
1,00 cal/g°C, respectivamente; o calor latente de fusão
do gelo é L = 80,0 cal/g.

A)80,0 g
B)160 g
C)220 g
D)380 g
E)440 g

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é E)

Para resolver esse problema, precisamos calcular a quantidade de calor liberada pelo recipiente de alumínio e transferida para o gelo. Em seguida, podemos calcular a massa de gelo que se fundiu.

Primeiramente, vamos calcular a variação de temperatura do recipiente de alumínio:

ΔT = TR - TF = 200 °C - 0 °C = 200 °C

Agora, podemos calcular a quantidade de calor liberada pelo recipiente de alumínio:

Q = cAl * MR * ΔT

Substituindo os valores dados:

Q = 0,220 cal/g°C * 800 g * 200 °C = 35200 cal

Essa quantidade de calor é absorvida pelo gelo, fazendo com que ele se funda. Vamos calcular a massa de gelo que se fundiu:

Q = L * mG

Substituindo os valores dados:

35200 cal = 80,0 cal/g * mG

Dividindo ambos os lados da equação por 80,0 cal/g:

mG = 35200 cal / 80,0 cal/g = 440 g

Portanto, a resposta correta é E) 440 g.

Questão 5

Depois de preparar um assado, um cozinheiro precisa retirar
a forma de alumínio de dentro do forno. Para isso, ele protege
suas mãos com luvas feitas de material isolante, pois apesar de
conseguir colocar as mãos dentro desse forno e suportar a alta
temperatura do ar sem protegê-las, ele não pode tocar na forma quente sem a devida proteção térmica. Isso ocorre porque

A)apesar de o ar de dentro do forno e a forma estarem em equilíbrio térmico, o coeficiente de condutividade térmica do ar é menor do que o do alumínio.
B)dentro do forno o calor flui mais rapidamente das mãos desprotegidas para o alumínio do que para o ar, causando possíveis queimaduras nas mãos.
C)a forma de alumínio está mais quente do que o ar dentro do forno, uma vez que ela é metálica.
D)apesar de a forma e o ar estarem a uma mesma temperatura, o calor se propaga mais rapidamente pelo ar do que pelo alumínio.
E)gases são melhores condutores térmicos do que metais no estado sólido.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é A)

Depois de preparar um assado, um cozinheiro precisa retirar a forma de alumínio de dentro do forno. Para isso, ele protege suas mãos com luvas feitas de material isolante, pois apesar de conseguir colocar as mãos dentro desse forno e suportar a alta temperatura do ar sem protegê-las, ele não pode tocar na forma quente sem a devida proteção térmica. Isso ocorre porque

A)apesar de o ar de dentro do forno e a forma estarem em equilíbrio térmico, o coeficiente de condutividade térmica do ar é menor do que o do alumínio.
B)dentro do forno o calor flui mais rapidamente das mãos desprotegidas para o alumínio do que para o ar, causando possíveis queimaduras nas mãos.
C)a forma de alumínio está mais quente do que o ar dentro do forno, uma vez que ela é metálica.
D)apesar de a forma e o ar estarem a uma mesma temperatura, o calor se propaga mais rapidamente pelo ar do que pelo alumínio.
E)gases são melhores condutores térmicos do que metais no estado sólido.

É importante lembrar que, quando um corpo está em contato com outro, há uma troca de calor entre eles. Nesse caso, as mãos do cozinheiro e a forma de alumínio estão em contato, e o calor flui do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. No entanto, a taxa de transferência de calor depende do material em questão. No caso do ar, que é um gás, a condutividade térmica é relativamente baixa, o que significa que o calor se propaga lentamente através dele. Já o alumínio, que é um metal, tem uma condutividade térmica mais alta, o que significa que o calor se propaga mais rapidamente através dele.

Portanto, mesmo que o ar e a forma estejam a uma mesma temperatura, o cozinheiro precisa proteger suas mãos com luvas isolantes para evitar queimaduras. Isso porque o calor se propaga mais rapidamente do alumínio para as mãos do que do ar para as mãos. Caso ele não use as luvas, as mãos podem se queimar seriamente.

Além disso, é importante lembrar que a condutividade térmica é uma propriedade importante dos materiais, que varia de acordo com a sua estrutura e composição. É fundamental entender como os materiais se comportam em diferentes situações para evitar acidentes e garantir a segurança em diversas atividades.

Em resumo, a resposta certa é A)apesar de o ar de dentro do forno e a forma estarem em equilíbrio térmico, o coeficiente de condutividade térmica do ar é menor do que o do alumínio. É fundamental entender as propriedades térmicas dos materiais para evitar acidentes e garantir a segurança em diversas atividades.

Questão 6

Considerando que os calores específico e latente
de vaporização da água são respectivamente
c=4190 J/kg.K e L=2256 kJ/kg, a energia mínima
necessária para vaporizar 0,5 kg de água que se
encontra a 30°C, em kJ, é aproximadamente:

A)645
B)1275
C)1940
D)3820

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Vamos resolver esse problema de física! Para calcular a energia mínima necessária para vaporizar 0,5 kg de água, precisamos considerar dois passos: primeiro, aumentar a temperatura da água de 30°C para 100°C (ponto de ebulição) e, em seguida, vaporizar a água.

Para o primeiro passo, precisamos calcular a variação de energia interna (ΔE) necessária para aumentar a temperatura da água de 30°C para 100°C. Isso pode ser feito utilizando a fórmula ΔE = mcΔT, onde m é a massa da água (0,5 kg), c é o calor específico da água (4190 J/kg.K) e ΔT é a variação de temperatura (de 30°C para 100°C, ou seja, 70 K).

Substituindo os valores, obtemos:

ΔE = 0,5 kg × 4190 J/kg.K × 70 K = 146,65 kJ

Agora, precisamos calcular a energia necessária para vaporizar a água. Isso pode ser feito utilizando a fórmula ΔE = mL, onde m é a massa da água (0,5 kg) e L é o calor latente de vaporização da água (2256 kJ/kg).

Substituindo os valores, obtemos:

ΔE = 0,5 kg × 2256 kJ/kg = 1128 kJ

A energia mínima necessária para vaporizar 0,5 kg de água é a soma das energias calculadas nos dois passos:

ΔE_total = ΔE_1 + ΔE_2 = 146,65 kJ + 1128 kJ = 1274,65 kJ ≈ 1275 kJ

Portanto, a resposta correta é B) 1275.

Questão 7

Uma piscina oficial olímpica tem as dimensões: 50m de comprimento, 25m de largura e 3m de profundidade. Para se evitar a proliferação de microorganismos é recomendado um pH acido.

Considerando a densidade da água limpa como 1000 Kg para cada 1,0 m³e o seu calor específico como 4180J/kg°C, ASSINALE a alternativa que contém a energia necessária para elevar em 1,0°C toda a água de uma piscina olímpica e o procedimento que torna a água mais ácida.

A)1,5675x1010J e acrescentar HCl
B)3,7500x106J e acrescentar CaCO3
C)4,1800x103J e acrescentar NaCl
D)1,0000x103J e acrescentar H2SO4

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é A)

Para calcular a energia necessária para elevar em 1,0°C toda a água de uma piscina olímpica, precisamos calcular o volume da piscina em metros cúbicos. O volume de um paralelepípedo é calculado pela fórmula V = l × a × h, onde l é o comprimento, a é a largura e h é a altura. No caso de uma piscina olímpica, temos l = 50m, a = 25m e h = 3m. Então, o volume da piscina é V = 50m × 25m × 3m = 3750m³.

Agora, precisamos calcular a massa da água. Como a densidade da água é 1000 kg/m³, a massa da água é m = ρ × V = 1000 kg/m³ × 3750 m³ = 3750000 kg.

A energia necessária para elevar a temperatura da água em 1,0°C é calculada pela fórmula Q = m × c × ΔT, onde m é a massa da água, c é o calor específico da água (4180 J/kg°C) e ΔT é a variação de temperatura (1,0°C). Então, Q = 3750000 kg × 4180 J/kg°C × 1,0°C = 15675000 J.

Para tornar a água mais ácida, é necessário acrescentar um ácido, como o HCl (ácido clorídrico). Portanto, a alternativa correta é A) 1,5675 x 10¹⁰ J e acrescentar HCl.

Questão 8

Um corpo de massa 400g e temperatura inicial de
22º C é aquecido durante 5 minutos por uma fonte
de potência constante que lhe fornece 600 cal/min.
Ao final desse tempo, a temperatura do corpo é
72ºC. Qual é o calor específico da substância que
constitui o corpo?

A)0,45 cal/g ºC
B)0,15 cal/g ºC
C)0,22 cal/g ºC
D)0,32 cal/g ºC
E)0,52 cal/g ºC

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Vamos resolver esse problema passo a passo. Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor fornecida ao corpo durante os 5 minutos. Como a potência é constante e igual a 600 cal/min, a quantidade de calor fornecida é:

Q = 600 cal/min × 5 min = 3000 cal

Em seguida, precisamos calcular a variação de temperatura do corpo. A temperatura inicial é de 22ºC e a temperatura final é de 72ºC, portanto:

ΔT = 72ºC - 22ºC = 50ºC

Agora, podemos utilizar a fórmula Q = mcΔT, onde m é a massa do corpo (400g = 0,4 kg), ΔT é a variação de temperatura e c é o calor específico da substância. Podemos rearranjar a fórmula para encontrar o valor de c:

c = Q / (m × ΔT)

Substituindo os valores, obtemos:

c = 3000 cal / (0,4 kg × 50ºC) = 0,15 cal/g ºC

Portanto, o calor específico da substância que constitui o corpo é de 0,15 cal/g ºC, que é a opção B.

Questão 9

Adotar

g = 10 m/s2 sen 37º = 0,6 cos 37º = 0,8

Um ebulidor (resistência usada para aquecer a água) foi
imerso em 1 litro de água a 25 ºC. Quando o ebulidor é ligado a uma
tomada de 100 V, a água atinge 75 ºC em 10 minutos. Desprezando-se as
trocas de calor para o recipiente e o ambiente, determinar o valor da
resistência do ebulidor.

Dados: calor específico da água c = 1 cal/g ºC

densidade da água d = 1 000 g/L

Obs.: considerar 1 cal = 4 J.

A)20 Ω
B)30 Ω
C)40 Ω
D)50 Ω
E)60 Ω

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de calor específico, que é Q = m × c × ΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa de água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.Primeiramente, vamos calcular a massa de água. Sabemos que 1 litro de água tem uma massa de 1 000 g, pois a densidade da água é de 1 000 g/L.m = 1 000 gAgora, vamos calcular a variação de temperatura. A água inicialmente está a 25 ºC e atinge 75 ºC em 10 minutos, portanto, a variação de temperatura é:ΔT = 75 ºC - 25 ºC = 50 ºCAgora, vamos calcular a quantidade de calor. Substituindo os valores na fórmula, teremos:Q = m × c × ΔT Q = 1 000 g × 1 cal/g ºC × 50 ºC Q = 50 000 calComo 1 cal é igual a 4 J, podemos converter a quantidade de calor de calorias para joules:Q = 50 000 cal × 4 J/cal Q = 200 000 JAgora, vamos utilizar a fórmula de potência elétrica, que é P = Q / t, onde P é a potência elétrica, Q é a quantidade de calor e t é o tempo. Sabemos que a água atinge 75 ºC em 10 minutos, portanto, o tempo é de 600 segundos (10 minutos × 60 segundos/minuto).P = Q / t P = 200 000 J / 600 s P = 333,33 WAgora, vamos utilizar a fórmula de potência elétrica, que é P = V² / R, onde P é a potência elétrica, V é a tensão elétrica e R é a resistência elétrica. Sabemos que a tensão elétrica é de 100 V.P = V² / R 333,33 W = 100² / R R = 100² / 333,33 W R ≈ 30 ΩPortanto, a resposta correta é B) 30 Ω.

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Questão 10

Adotar

g = 10 m/s2 sen 37º = 0,6 cos 37º = 0,8

Em um recipiente de capacidade térmica CT = 50 cal/ºC,
isolado do ambiente, estão 100 g de água a 40 ºC em equilíbrio térmico.
Dentro deste recipiente foram colocados 80 g de gelo a -20 ºC. Após o
novo equilíbrio térmico, qual é a temperatura da mistura?

Dados: calor latente de fusão do gelo L = 80cal/g e

calor específico da água ca = 1cal/g ºC

calor específico do gelo cg = 0,5 cal/g ºC

A)-5 ºC
B)5 ºC
C)0 ºC
D)10 ºC
E)15 ºC

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

Para resolver este problema, devemos considerar a transferência de calor entre a água e o gelo. No início, a água está a 40 ºC e o gelo está a -20 ºC. Quando o gelo é adicionado à água, o sistema alcança um novo equilíbrio térmico.

Primeiramente, é necessário calcular a quantidade de calor necessário para que o gelo atinja a temperatura de 0 ºC. Para isso, utilizamos a fórmula Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo, c é o calor específico do gelo e ΔT é a variação de temperatura.

Q = 80 g × 0,5 cal/g ºC × (0 ºC - (-20 ºC)) = 800 cal

Em seguida, é necessário calcular a quantidade de calor necessário para derreter todo o gelo. Para isso, utilizamos a fórmula Q = mL, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo e L é o calor latente de fusão do gelo.

Q = 80 g × 80 cal/g = 6400 cal

Agora, é necessário calcular a quantidade de calor que a água pode fornecer para que a temperatura da mistura atinja o equilíbrio térmico. Para isso, utilizamos a fórmula Q = mcΔT, 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.

Q = 100 g × 1 cal/g ºC × (T - 40 ºC), onde T é a temperatura final do sistema.

Para que o sistema atinja o equilíbrio térmico, a quantidade de calor fornecida pela água deve ser igual à soma das quantidades de calor necessárias para que o gelo atinja a temperatura de 0 ºC e para derreter todo o gelo.

100 g × 1 cal/g ºC × (T - 40 ºC) = 800 cal + 6400 cal

Resolvendo a equação, encontramos que T = 0 ºC. Portanto, a temperatura da mistura após o novo equilíbrio térmico é 0 ºC.

Resposta: C) 0 ºC

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