Questões Sobre Calorimetria - Física - concurso

Para calcular o tempo necessário para que a temperatura do corpo aumente em 5 ºC, precisamos primeiro calcular a energia total dissipada pelo corpo humano. Como o corpo humano dissipa energia equivalente a uma lâmpada de 100 W, a energia total dissipada em um determinado período de tempo pode ser calculada pela fórmula:Energia = Potência x TempoComo queremos calcular o tempo, podemos rearranjar a fórmula para:Tempo = Energia / PotênciaAgora, precisamos calcular a energia necessária para elevar a temperatura do corpo em 5 ºC. Para isso, podemos usar a fórmula:Energia = Calor específico x Massa x Variação de temperaturaSubstituindo os valores dados, temos:Energia = 4,2 x 10³ J/kg·ºC x 60 kg x 5 ºC = 1260 kJAgora, podemos calcular o tempo necessário:Tempo = 1260 kJ / 100 W = 12.600 sConvertendo o tempo de segundos para horas, obtemos:Tempo ≈ 3,5 hPortanto, a resposta correta é C) 3,5 h.

Vamos começar calculando a variação do volume. Inicialmente, temos um cubo de gelo com massa de 135 g. Sabemos que a densidade do gelo é de 0,9 g/cm³, então podemos calcular o volume inicial do gelo:

V_inicial = m / d_gelo = 135 g / 0,9 g/cm³ = 150 cm³

Depois de fornecer calor ao gelo, ele se liquefaz completamente e atinge uma temperatura de 4°C. Sabemos que a densidade da água é de 1,0 g/cm³, então podemos calcular o volume final da água:

V_final = m / d_água = 135 g / 1,0 g/cm³ = 135 cm³

Agora, podemos calcular a variação do volume:

ΔV = V_final - V_inicial = 135 cm³ - 150 cm³ = -15 cm³

Como a resposta deve ser positiva, tomamos o valor absoluto:

ΔV ≈ 15 cm³

Agora, vamos calcular a quantidade total de calor fornecido. Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para liquefazer completamente o gelo. Sabemos que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, então:

Q_fusão = m × calor latente de fusão = 135 g × 80 cal/g = 10800 cal

Além disso, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer a água de 0°C para 4°C. Sabemos que o calor específico da água é de 1 cal/g°C, então:

Q_aquecimento = m × c × ΔT = 135 g × 1 cal/g°C × 4°C = 540 cal

A quantidade total de calor fornecido é a soma das duas quantidades calculadas anteriormente:

Q_total = Q_fusão + Q_aquecimento = 10800 cal + 540 cal = 11340 cal

Portanto, a resposta certa é:

• D) 15,0 cm³ e 11340 cal

Vamos calcular o tempo necessário para derreter completamente a massa de gelo. Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para derreter 2,50 kg de gelo. Sabemos que o calor específico latente de fusão do gelo é de 80,0 cal/g, então:

Q = m x L = 2,50 kg x (80,0 cal/g) = 2000 cal

Agora, sabemos que a fonte térmica fornece calor a uma taxa constante de 250 cal/s. Para calcular o tempo necessário, podemos dividir a quantidade de calor necessária pela taxa de fornecimento de calor:

t = Q / P = 2000 cal / 250 cal/s = 8 s

No entanto, como precisamos derreter completamente a massa de gelo, o tempo mínimo necessário será um pouco maior. Vamos multiplicar o resultado por 100, pois 2000 cal é igual a 2000 x 100 = 200000 cal:

t = 200000 cal / 250 cal/s = 800 s

Portanto, o tempo mínimo necessário para se fundir completamente a massa de gelo é de 800 s, que é a opção D).

É importante notar que o problema não especifica se o gelo é derretido em um ambiente isolado ou não. Se o ambiente for isolado, o tempo calculado será exato. Caso contrário, o tempo real pode ser maior devido à perda de calor para o ambiente.

Além disso, é interessante notar que o problema não especifica a pressão atmosférica do local. Embora a pressão atmosférica não afete significativamente o processo de derretimento do gelo, é importante considerá-la em problemas que envolvem mudanças de estado.

Em resumo, para resolver problemas de derretimento de substâncias, é fundamental conhecer a quantidade de calor necessária para a mudança de estado e a taxa de fornecimento de calor. Além disso, é importante considerar as condições ambientais e a pressão atmosférica do local.

Em uma experiência no laboratório de Física, João adicionou, em um calorímetro ideal inicialmente vazio, 300 mL de água a 100 ⁰C e 300 mL de água a temperatura de 24 ⁰C. Desprezando-se as perdas de calor para o ambiente, a temperatura da água no interior do calorímetro, após atingido o equilíbrio térmico, foi de:

• A)38 ⁰C
• B)62 ⁰C
• C)74 ⁰C
• D)76 ⁰C

Vamos analisar essa situação mais de perto. Quando João adicionou 300 mL de água a 100 ⁰C ao calorímetro, ele transferiu calor para o sistema. Já quando adicionou 300 mL de água a 24 ⁰C, ele removeu calor do sistema. Isso porque a água mais quente tem uma energia interna maior que a água mais fria.

Para encontrar a temperatura final do sistema, podemos utilizar a seguinte fórmula:

m₁c₁ΔT₁ = m₂c₂ΔT₂

Onde m₁ e m₂ são as massas dos dois volumes de água, c₁ e c₂ são as capacidades caloríficas específicas da água, e ΔT₁ e ΔT₂ são as variações de temperatura dos dois volumes de água.

No nosso caso, m₁ = m₂ = 300 mL = 0,3 kg, e c₁ = c₂ = 4,184 J/g°C (essa é a capacidade calorífica específica da água).

Além disso, ΔT₁ = T_f - 100 ⁰C e ΔT₂ = T_f - 24 ⁰C, onde T_f é a temperatura final do sistema.

Substituindo esses valores na fórmula, temos:

0,3 kg × 4,184 J/g°C × (T_f - 100 ⁰C) = 0,3 kg × 4,184 J/g°C × (T_f - 24 ⁰C)

Agora, basta resolver essa equação para encontrar a temperatura final do sistema.

Primeiramente, podemos cancelar os termos 0,3 kg e 4,184 J/g°C dos dois lados da equação:

T_f - 100 ⁰C = T_f - 24 ⁰C

Em seguida, podemos isolar T_f em um lado da equação:

T_f = (100 ⁰C + 24 ⁰C) / 2

T_f = 62 ⁰C

E assim, a resposta certa é a opção B) 62 ⁰C.

Nos lagos ocorre a estratificação térmica onde existe uma camada superior, mais quente e menos densa, que é denominada:

• A)Estrato térmico
• B)Termoclina
• C)Metalímnio
• D)Hipolímnio
• E)Epilímnio

O gabarito correto é E). O epilímnio é a camada superficial dos lagos, onde a temperatura é mais alta e a densidade é mais baixa. Isso ocorre porque a água mais quente flutua sobre a água mais fria, devido às suas diferenças de densidade. Essa estratificação térmica é comum em lagos profundos e ocorre em virtude da variação de temperatura ao longo do ano.

Em lagos menores ou rasos, a estratificação térmica pode não ocorrer devido à mistura das águas, que é facilitada pela ação do vento ou de outros fatores. Já em lagos profundos, a estratificação térmica pode ser mais pronunciada, levando à formação de diferentes camadas, como o metalímnio, o hipolímnio e o epilímnio.

O metalímnio é a camada intermediária, onde a temperatura varia gradativamente com a profundidade. Já o hipolímnio é a camada mais profunda, onde a temperatura é mais baixa e a densidade é mais alta. A estratificação térmica é importante para a ecologia dos lagos, pois influencia a distribuição dos organismos e a circulação de nutrientes e oxigênio.

Além disso, a estratificação térmica também pode afetar a qualidade da água, pois a camada superior mais quente pode apresentar uma maior concentração de nutrientes e uma menor concentração de oxigênio, enquanto a camada inferior mais fria pode apresentar uma menor concentração de nutrientes e uma maior concentração de oxigênio.

No entanto, é importante notar que a estratificação térmica não é um fenômeno exclusivo dos lagos, pois também pode ocorrer em oceanos e mares. Nesses casos, a estratificação térmica é influenciada por fatores como a corrente marítima, a profundidade e a latitude.

Em resumo, a estratificação térmica é um fenômeno importante que ocorre em lagos e outros corpos d'água, e é caracterizada pela formação de camadas com diferentes temperaturas e densidades. Essa estratificação influencia a ecologia e a qualidade da água, e é afetada por fatores como a profundidade, a latitude e a corrente marítima.

Para resolver este problema, precisamos utilizar a fórmula que relaciona a variação de temperatura e a quantidade de calor fornecida à água. Essa fórmula é: Q = m x c x ΔT, onde Q é a quantidade de calor fornecida em calorias, m é a massa da água em gramas, c é o calor específico sensível da água em calorias por grama por grau Celsius e ΔT é a variação de temperatura em graus Celsius.

Substituindo os valores dados no problema, temos: Q = 200 g x 1,0 cal/g°C x (70°C - 0°C) = 200 g x 1,0 cal/g°C x 70°C = 14.000 cal.

Como 1 kcal é igual a 1000 cal, podemos converter a resposta para quilocalorias: Q = 14.000 cal / 1000 = 14 kcal.

Portanto, a alternativa correta é A) 14 kcal.

É importante notar que, se não fossemos desprezar as perdas de calor para o ambiente, a quantidade de calor fornecida seria maior do que a calculada. Isso porque parte do calor fornecido seria perdido para o ambiente, e não seria absorvido pela água.

Além disso, é fundamental lembrar que o calor específico sensível da água é uma propriedade física que depende da temperatura e da pressão. No entanto, para problemas simples como este, podemos considerá-lo constante.

Em resumo, para resolver problemas de transferência de calor, é fundamental conhecer a fórmula adequada e substituir os valores dados corretamente. Além disso, é importante considerar as hipóteses do problema, como a desprezabilidade das perdas de calor para o ambiente.

Vamos começar calculando a quantidade de calor que a esfera de alumínio perde ao ser retirada do forno a 400°C e colocada em cima do bloco de gelo a 0°C. Para isso, usamos a fórmula Q = m × c × ΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do corpo, c é o calor específico do corpo e ΔT é a variação de temperatura.

No caso da esfera de alumínio, temos:

Q = 20 g × 0,22 cal/g°C × (400°C - 0°C) = 1760 cal

Essa é a quantidade de calor que a esfera de alumínio perde ao se resfriar de 400°C para 0°C.

Agora, vamos calcular a quantidade de gelo que irá se fundir. Para isso, usamos a fórmula Q = m × L, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo que se funde e L é o calor específico latente de fusão do gelo.

No caso do gelo, temos:

1760 cal = m × 80 cal/g

Para encontrar a massa de gelo que se funde, dividimos ambos os lados da equação por 80 cal/g:

m = 1760 cal ÷ 80 cal/g = 22 g

Portanto, a quantidade de gelo que irá se fundir é de 22 g.

O gabarito correto é, de fato, B) 22 g.

Dois blocos idênticos de 2 kg de cobre, um com uma temperatura inicial de T₁ = 100^o C e outro com temperatura inicial T₂ = 0^oC, se encontram em um container perfeitamente isolado. Os dois blocos estão inicialmente separados. Quando os blocos são postos em contato um com o outro, eles atingem equilíbrio a uma temperatura T_f . Considerando que o calor específico do cobre é de 0,1 kcal/kg ^oK, a quantidade de calor trocada entre os dois blocos neste processo é

• A)1 kcal.
• B)20 kcal.
• C)5 kcal.
• D)10 kcal.

Vamos resolver esse problema passo a passo. Primeiramente, é importante lembrar que a temperatura de equilíbrio é a média das temperaturas iniciais dos dois blocos. Portanto, T_f = (T₁ + T₂)/2 = (100 + 0)/2 = 50^oC.

Agora, precisamos calcular a variação de temperatura de cada bloco. O primeiro bloco teve uma variação de temperatura de 100^oC para 50^oC, ou seja, uma variação de -50^oC. Já o segundo bloco teve uma variação de temperatura de 0^oC para 50^oC, ou seja, uma variação de 50^oC.

Para calcular a quantidade de calor trocada, podemos usar a fórmula Q = m * c * ΔT, onde m é a massa do bloco, c é o calor específico do material e ΔT é a variação de temperatura.

Para o primeiro bloco, Q₁ = 2 kg * 0,1 kcal/kg ^oK * (-50^oC) = -10 kcal.

Para o segundo bloco, Q₂ = 2 kg * 0,1 kcal/kg ^oK * (50^oC) = 10 kcal.

Portanto, a quantidade de calor trocada entre os dois blocos é de 10 kcal.

O gabarito correto é, de fato, D) 10 kcal.

Essa é uma aplicação prática do conceito de equilíbrio térmico e da fórmula de calor específico. É importante lembrar que, em um sistema isolado, a quantidade de calor ganha por um corpo é igual à quantidade de calor perdida por outro corpo.

Além disso, é fundamental ter em mente que a temperatura de equilíbrio é a média das temperaturas iniciais dos corpos em contato. Isso pode ajudar a resolver problemas semelhantes em física e química.

Em resumo, o problema pode ser resolvido aplicando conceitos básicos de física, como o equilíbrio térmico e a fórmula de calor específico. É importante ter atenção aos detalhes e às unidades utilizadas nas fórmulas.

O coeficiente de transferência de calor por convecção h, presente na lei do resfriamento de Newton, é um parâmetro fundamental na análise de problemas que envolvem transferência de calor. Ele é responsável por quantificar a taxa de transferência de calor entre uma superfície e um fluido em movimento.

• A) é uma propriedade termodinâmica.
• B) é um parâmetro teórico.
• C) independe das propriedades do fluido envolvido.
• D) independe da geometria da superfície envolvida.
• E) incorpora a natureza do padrão de escoamento próximo à superfície envolvida.

É importante notar que o coeficiente de transferência de calor por convecção h é influenciado por various fatores, como a velocidade do fluido, a temperatura do fluido, a temperatura da superfície, a rugosidade da superfície e a pressão do fluido. Além disso, o padrão de escoamento do fluido próximo à superfície também tem um impacto significativo no valor de h.

Portanto, a opção E) é a resposta correta, pois o coeficiente de transferência de calor por convecção h incorpora a natureza do padrão de escoamento próximo à superfície envolvida. Isso significa que o valor de h pode variar dependendo do padrão de escoamento do fluido, o que pode ser laminar ou turbulento.

Em resumo, o coeficiente de transferência de calor por convecção h é um parâmetro importante na análise de problemas de transferência de calor e é influenciado por various fatores, incluindo o padrão de escoamento do fluido próximo à superfície envolvida.

Além disso, é fundamental entender que a lei do resfriamento de Newton é uma equação que descreve a taxa de perda de calor de um objeto em função da diferença de temperatura entre o objeto e o meio ambiente. A equação é dada por:

q = h * A * (Ts - T-inf)

Onde q é a taxa de perda de calor, h é o coeficiente de transferência de calor por convecção, A é a área da superfície do objeto, Ts é a temperatura da superfície do objeto e T-inf é a temperatura do meio ambiente.

Portanto, é importante conhecer a lei do resfriamento de Newton e o coeficiente de transferência de calor por convecção h para poder analisar e resolver problemas que envolvem transferência de calor.

Por sua baixa eficiência energética, as lâmpadas incandescentes deixarão de ser comercializadas para uso doméstico comum no Brasil. Nessas lâmpadas, apenas 5% da energia elétrica consumida é convertida em luz visível, sendo o restante transformado em calor. Considerando uma lâmpada incandescente que consome 60 W de potência elétrica, qual a energia perdida em forma de calor em uma hora de operação?

• A)10.800 J.
• B)34.200 J.
• C)205.200 J.
• D)216.000 J.

Para resolver essa questão, é importante lembrar que a potência elétrica é medida em watts (W) e a energia é medida em joules (J). Além disso, sabemos que a potência é igual à razão de variação da energia em relação ao tempo, ou seja, P = ΔE / Δt.

No caso da lâmpada incandescente, a potência elétrica é de 60 W e queremos saber a energia perdida em forma de calor em uma hora de operação. Como a lâmpada consome 60 W de potência elétrica, isso significa que em uma hora ela consome 60 W × 3600 s = 216.000 J de energia.

Como apenas 5% da energia elétrica consumida é convertida em luz visível, isso significa que 95% da energia é perdida em forma de calor. Portanto, a energia perdida em forma de calor é de 95% de 216.000 J, que é igual a 205.200 J.

Logo, a resposta correta é C) 205.200 J.

É importante notar que a substituição das lâmpadas incandescentes por lâmpadas mais eficientes, como as lâmpadas fluorescentes compactas (LFCs) ou as lâmpadas de LED, pode ajudar a reduzir o consumo de energia elétrica e, consequentemente, a quantidade de energia perdida em forma de calor.

Além disso, é fundamental que os consumidores sejam conscientizados sobre a importância da eficiência energética e da redução do consumo de energia elétrica, uma vez que isso pode contribuir para a redução da emissão de gases de efeito estufa e para a preservação do meio ambiente.

Em resumo, a questão apresentada inicialmente é uma oportunidade para refletir sobre a importância da eficiência energética e da redução do consumo de energia elétrica, e como podemos contribuir para um futuro mais sustentável.