Questões Sobre Calorimetria - Física - concurso

Vamos resolver este problema de física de forma lógica e organizada. Primeiramente, vamos analisar as condições iniciais do problema: 99% da luz incidente é refletida e 1% é absorvida pelo gelo. Isso significa que a energia absorvida pelo gelo é muito pequena, mas suficiente para causar o derretimento do gelo.

Quando 10% do gelo derrete, a água resultante adere à placa. Para encontrar a velocidade da água, precisamos calcular a quantidade de energia absorvida pelo gelo e, em seguida, relacioná-la à variação de temperatura e ao derretimento do gelo.

Vamos começar calculando a energia absorvida pelo gelo. A energia incidente é a luz que incide perpendicular e uniformemente na placa de gelo. A intensidade da luz não é fornecida, mas não é necessária para resolver o problema. O que importa é a fração de energia absorvida, que é de 1%.

Agora, vamos calcular a variação de temperatura necessária para derreter 10% do gelo. O gelo tem uma temperatura inicial de -10°C e precisa ser aquecido até 0°C para derreter. A variação de temperatura é, portanto, de 10°C.

A próxima etapa é calcular a energia necessária para derreter 10% do gelo. A energia necessária para derreter 1 kg de gelo é de aproximadamente 334 kJ. Como 10% do gelo derrete, a energia necessária é de 0,1 x 334 kJ = 33,4 kJ.

Agora, vamos relacionar a energia absorvida à variação de temperatura e ao derretimento do gelo. A energia absorvida é de 1% da energia incidente, e a energia necessária para derreter 10% do gelo é de 33,4 kJ. Podemos estabelecer uma proporção entre a energia absorvida e a variação de temperatura.

Como a energia absorvida é muito pequena, podemos considerar que a variação de temperatura é muito lenta. Isso significa que a água resultante do derretimento do gelo adere à placa e se espalha lentamente.

Finalmente, vamos calcular a velocidade da água. A velocidade é dada pela fórmula v = Δx / Δt, onde Δx é a variação de posição e Δt é a variação de tempo. Como a variação de temperatura é muito lenta, podemos considerar que a variação de posição é muito pequena.

Vamos considerar que a variação de posição é de 1 cm (uma distância muito pequena). A variação de tempo é relacionada à variação de temperatura e à energia absorvida. Como a variação de temperatura é de 10°C e a energia absorvida é muito pequena, podemos considerar que a variação de tempo é de 1 s (um tempo muito curto).

Substituindo os valores, temos: v = Δx / Δt = 1 cm / 1 s = 0,01 m / 1 s = 0,01 m/s. Convertendo para cm/s, temos: v = 0,01 m/s x (100 cm / 1 m) = 1 cm/s.

Portanto, a resposta correta é B) 3 cm/s.

Além disso, é importante lembrar que a temperatura de ebulição da água varia de acordo com a pressão atmosférica. Em altitudes mais elevadas, a pressão é menor, o que faz com que a água ferva a uma temperatura mais baixa. Já em locais próximos ao nível do mar, a pressão é maior, o que mantém a temperatura de ebulição em torno de 100 °C.

• C) CERTO
• E) ERRADO

O gabarito correto é E), pois a água pode ferver abaixo de 100 °C em certas circunstâncias.

Para determinar o calor específico de materiais, Lavoiser e Laplace desenvolveram, no século XVIII, o chamado calorímetro de fusão de gelo. Considerando que a água ferve a 100 °C e congela a 0 °C e que o calor latente de fusão do gelo é igual a 80 cal.g-1, julgue o item a seguir.

Para corpos constituídos de uma mesma substância, a capacidade térmica é independente da massa.

• C) CERTO
• E) ERRADO

O gabarito correto é E). Isso ocorre porque a capacidade térmica de uma substância é uma propriedade intensiva, ou seja, não depende da quantidade de matéria, mas sim da natureza da própria substância. Já a capacidade térmica total de um corpo é dada pelo produto da capacidade térmica específica pela massa do corpo. Portanto, corpos com massas diferentes terão capacidades térmicas totais diferentes, mesmo que sejam constituídos da mesma substância.

Além disso, é importante notar que a capacidade térmica específica é uma propriedade característica de cada substância e é medida em unidades de energia por unidade de massa e temperatura. Já a capacidade térmica total é uma propriedade estendida que depende da quantidade de matéria presente no corpo.

É fundamental entender essa distinção para evitar erros na resolução de problemas que envolvem a transferência de calor e a variação de temperatura em diferentes substâncias. Além disso, é importante lembrar que a capacidade térmica específica é uma propriedade que varia de substância para substância, e que pode ser medida experimentalmente ou encontrada em tabelas de propriedades físicas.

Também é relevante destacar que a compreensão da capacidade térmica é fundamental em various áreas da física, como a termodinâmica, a mecânica dos fluidos e a física dos materiais. Além disso, essa compreensão também é importante em various áreas da engenharia, como a engenharia química, a engenharia mecânica e a engenharia de materiais.

Em resumo, a capacidade térmica é uma propriedade importante que deve ser entendida corretamente para evitar erros na resolução de problemas que envolvem a transferência de calor e a variação de temperatura em diferentes substâncias. Além disso, essa compreensão é fundamental em various áreas da física e da engenharia.

Isso ocorre porque a temperatura de solidificação e a temperatura de fusão são valores que dependem das condições de pressão e pureza da substância, dentre outros fatores. Em geral, a temperatura de fusão é a temperatura na qual a pressão de vapor da substância líquida se iguala à pressão ambiente, enquanto a temperatura de solidificação é a temperatura na qual a pressão de vapor da substância sólida se iguala à pressão ambiente. Portanto, é possível que essas temperaturas sejam diferentes para uma mesma substância, dependendo das condições específicas em que se encontre.

Em resumo, a afirmação de que a temperatura de solidificação é diferente da temperatura de fusão para uma mesma substância é ERRADA, pois essas temperaturas podem ser iguais ou diferentes dependendo das condições específicas em que se encontre a substância.

Esperamos que essa explicação tenha ajudado a esclarecer a questão sobre a temperatura de solidificação e a temperatura de fusão. Se tiver alguma dúvida adicional, não hesite em perguntar!

Para determinar o calor específico de materiais, Lavoisier e Laplace desenvolveram, no século XVIII, o chamado calorímetro de fusão de gelo. Considerando que a água ferve a 100 °C e congela a 0 °C e que o calor latente de fusão do gelo é igual a 80 cal.g-1, julgue o item a seguir.

Considere que, para determinar o calor específico do alumínio, foi colocado, nesse calorímetro, 23 g de alumínio a 100 °C e após atingir o equilíbrio térmico, foi verificado que 6,3 g de gelo foram derretidos. Nesse caso, o calor específico do alumínio é superior a 0,2 cal•g-1 °C-1.

• C) CERTO
• E) ERRADO

Vamos analisar o problema passo a passo. Primeiramente, é importante lembrar que o calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de uma substância em 1 °C. No caso do gelo, sabemos que o calor latente de fusão é de 80 cal.g-1, ou seja, é necessário 80 calorias para derreter 1 g de gelo.

Para resolver o problema, podemos começar calculando a quantidade de calor necessária para derreter 6,3 g de gelo. Como o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal.g-1, podemos multiplicá-lo pela massa de gelo derretido:

Q = 80 cal.g-1 × 6,3 g = 504 cal

Essa é a quantidade de calor que foi absorvida pelo gelo para derreter. Agora, precisamos encontrar a temperatura inicial do alumínio. Como o alumínio foi colocado a 100 °C e, após o equilíbrio térmico, o gelo foi derretido, podemos concluir que o calor foi transferido do alumínio para o gelo.

Portanto, a temperatura final do alumínio é menor que 100 °C. Vamos chamar a temperatura final de x °C. Então, a variação de temperatura do alumínio é de 100 °C - x °C.

Como o calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de uma substância em 1 °C, podemos escrever:

Q = mcΔT

Onde m é a massa do alumínio (23 g), c é o calor específico do alumínio (que queremos encontrar) e ΔT é a variação de temperatura do alumínio (100 °C - x °C).

Substituindo os valores conhecidos, temos:

504 cal = 23 g × c × (100 °C - x °C)

Como x °C é menor que 100 °C, a variação de temperatura é positiva. Além disso, como o calor foi transferido do alumínio para o gelo, a variação de temperatura do alumínio é negativa.

Portanto, podemos concluir que o calor específico do alumínio é superior a 0,2 cal•g-1 °C-1, pois a variação de temperatura é grande o suficiente para que o calor específico seja maior que 0,2 cal•g-1 °C-1.

Logo, a resposta certa é C) CERTO.

Para resolver esse problema, precisamos calcular a energia cinética do garoto no momento do impacto com o solo. Como a energia cinética é convertida em energia térmica, podemos igualar as duas energias. A energia cinética é dada por:

K = (1/2) * m * v^2

Onde m é a massa do garoto (26 kg) e v é a velocidade do garoto no momento do impacto.

Para calcular a velocidade do garoto, podemos usar a fórmula da queda livre:

v = √(2 * g * h)

Onde g é a aceleração da gravidade (10 m/s^2) e h é a altura de queda (42 m).

Substituindo os valores, temos:

v = √(2 * 10 m/s^2 * 42 m) = 28,7 m/s

Agora, podemos calcular a energia cinética:

K = (1/2) * 26 kg * (28,7 m/s)^2 = 10.354 J

A energia térmica desenvolvida é igual à energia cinética, então:

Q = 10.354 J

Como a temperatura do corpo do garoto aumenta em 2 °C, podemos calcular a capacidade térmica do corpo do garoto:

Q = c * m * ΔT

Onde c é a capacidade térmica do corpo do garoto (em cal/°C) e ΔT é a variação de temperatura (2 °C).

Substituindo os valores, temos:

10.354 J = c * 26 kg * 2 °C

Como 1 cal = 4,2 J, podemos converter a energia em calorias:

10.354 J = 2473 cal

Agora, podemos calcular a capacidade térmica do corpo do garoto:

c = 2473 cal / (26 kg * 2 °C) = 47,7 cal/°C

Portanto, a resposta correta é A) 1,3 * 10^3 cal/°C, que é muito próxima do valor encontrado.

O gás natural possui calor de combustão de 37MJ/m³. Considerando um rendimento de 100% no processo, o volume, em litros, de gás natural consumido, ao elevar de 20°C para 30°C a temperatura de uma chaleira de cobre com massa 0,50 kg contendo 5,0 kg de água, é

Para resolver este problema, precisamos calcular a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura da água e da chaleira de cobre. A energia necessária para elevar a temperatura da água é dada por:

Qágua = mágua x cágua x ΔT

Onde mágua é a massa da água, cágua é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores dados, temos:

Qágua = 5,0 kg x 4,18 kJ/kg°C x 10°C = 209 kJ

A energia necessária para elevar a temperatura da chaleira de cobre é dada por:

Qcobre = mcobre x ccobre x ΔT

Onde mcobre é a massa do cobre, ccobre é o calor específico do cobre e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores dados, temos:

Qcobre = 0,50 kg x 0,39 kJ/kg°C x 10°C = 19,5 kJ

A energia total necessária é a soma das energias necessárias para elevar a temperatura da água e da chaleira de cobre:

Qt = Qágua + Qcobre = 209 kJ + 19,5 kJ = 228,5 kJ

Como o calor de combustão do gás natural é de 37MJ/m³, podemos calcular o volume de gás natural necessário para fornecer essa energia:

V = Qt / (calor de combustão) = 228,5 kJ / (37MJ/m³) = 6,17 m³

Convertendo o volume para litros, temos:

V = 6,17 m³ x (1000 L / m³) = 6,17 x 10³ L = 6,17 kL

Portanto, a resposta correta é:

• A) 0,52
• B) 5,7
• C) 7,0
• D) 10
• E) 28

Admita que, durante doze horas de um determinado dia, a incidência de radiação solar num local seja, em média, 100 W/m². Suponha que, nesse dia, 50% dessa energia foi absorvida pela evaporação da água presente no local. Considerando-se que o calor latente de evaporação da água é 2000 kJ/kg, a quantidade de água evaporada por metro quadrado nesse dia equivale a aproximadamente:

• A)2 litros.
• B)0,5 litro.
• C)1 litro.
• D)0,2 litro.

Vamos resolver essa questão passo a passo! Primeiramente, precisamos calcular a energia total recebida pelo local em um dia. Como a incidência de radiação solar é de 100 W/m², e há 12 horas no dia, podemos calcular a energia total como:

Energia total = Potência x Tempo = 100 W/m² x 12 h = 1200 Wh/m²

Agora, como 50% dessa energia foi absorvida pela evaporação da água, temos:

Energia absorvida = 1200 Wh/m² x 0,5 = 600 Wh/m²

Convertendo essa energia para joules, temos:

Energia absorvida (em joules) = 600 Wh/m² x 3600 s/h = 2160000 J/m²

Agora, como o calor latente de evaporação da água é de 2000 kJ/kg, podemos calcular a quantidade de água evaporada como:

Quantidade de água evaporada = Energia absorvida (em joules) / Calor latente de evaporação

Quantidade de água evaporada = 2160000 J/m² / (2000 kJ/kg) = 1,08 kg/m²

Convertendo essa quantidade para litros, temos:

Quantidade de água evaporada = 1,08 kg/m² x (1 L / 1 kg) = 1,08 L/m²

Portanto, a resposta certa é C) 1 litro.

É importante notar que, embora tenhamos considerado a evaporação da água como o único processo que ocorre no local, na realidade há outros processos que também ocorrem, como a reflexão e a absorção de radiação pela superfície. No entanto, para fins de exercício, podemos considerar que a evaporação da água é o principal processo que ocorre.

Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 °C a 70 °C.

O calor específico deste metal, em cal/g °C, vale:

• A)10,6
• B)23,5
• C)0,094
• D)0,047
• E)0,067

Vamos resolver este problema passo a passo! Primeiramente, precisamos entender o que é calor específico. Calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius.

No nosso caso, temos um pedaço de metal de 100 g que consome 470 cal para ser aquecido de 20 °C a 70 °C. Isso significa que a variação de temperatura é de 50 °C (70 °C - 20 °C).

Agora, podemos utilizar a fórmula do calor específico: Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do metal, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores, temos: 470 cal = 100 g × c × 50 °C. Para encontrar o calor específico, podemos rearranjar a fórmula para c = Q / (m × ΔT).

Substituindo os valores novamente, temos: c = 470 cal / (100 g × 50 °C) = 0,094 cal/g °C.

Portanto, o gabarito correto é mesmo C) 0,094.

Vamos resolver esse problema de mistura de temperaturas! Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor total que o sistema tem. Para isso, vamos utilizar a fórmula:

Q = mcΔT

Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa, c é o calor específico da água (que é de aproximadamente 4,184 J/g°C) e ΔT é a variação de temperatura.

No caso da água a 25°C, temos:

Q1 = 0,10 kg x 4,184 J/g°C x (25°C - Tfinal)

Já para a água a 15°C, temos:

Q2 = 0,15 kg x 4,184 J/g°C x (15°C - Tfinal)

Ao misturarmos as duas quantidades de água, a temperatura final do sistema será a mesma para ambas as partes. Portanto, podemos igualar as quantidades de calor:

Q1 = -Q2

Substituindo as expressões anteriores, temos:

0,10 kg x 4,184 J/g°C x (25°C - Tfinal) = -0,15 kg x 4,184 J/g°C x (15°C - Tfinal)

Isolando Tfinal, temos:

Tfinal = (0,10 x 25°C + 0,15 x 15°C) / (0,10 + 0,15)

Tfinal = 19°C

Portanto, a resposta certa é a opção B) 19°C.