EXERCÍCOS DE FÍSICA - Professor Fabio Teixeira



EXERCÍCIOS DE FÍSICA – Professor João Rodrigo Escalari Quintiliano

CALORIMETRIA

1. (Ita 2007) A água de um rio encontra-se a uma velocidade inicial V constante, quando despenca de uma altura de 80 m, convertendo toda a sua energia mecânica em calor. Este calor é integralmente absorvido pela água, resultando em um aumento de 1 K de sua temperatura. Considerando 1 cal ¸ 4 J, aceleração da gravidade g = 10 m/s£ e calor específico da água c = 1,0 calg­¢°C­¢, calcula-se que a velocidade inicial da água V é de

a) 10Ë2 m/s. b) 20 m/s. c) 50 m/s.

d) 10 Ë32 m/s. e) 80 m/s.

2. (Ufu 2005) Considere as informações a seguir:

20 g de um gás ideal contido em um recipiente de 15 litros é resfriado, diminuindo sua temperatura de 30 °C para 10 °C.

Pede-se:

a) se o volume do recipiente for mantido fixo e a pressão exercida pelo gás nas paredes do recipiente diminuir 3000 N/m£ com o resfriamento, qual sua pressão quando a temperatura era de 30 °C?

b) se o gás, ao atingir 10 °C, sofre uma transição de fase, condensando-se, calcule a quantidade de calor liberada pelo gás ao ter sua temperatura reduzida de 30 °C para 10 °C, tornando-se líquido.

Dados: calor específico do gás = 0,2 cal/g.°C

calor latente de vaporização = 10,0 cal/g

3. (Unifesp 2005) Uma esfera de aço de massa m = 0,20 kg a 200°C é colocada sobre um bloco de gelo a 0°C, e ambos são encerrados em um recipiente termicamente isolado.

Depois de algum tempo, verifica-se que parte do gelo se fundiu e o sistema atinge o equilíbrio térmico.

Dados:

coeficiente de dilatação linear do aço: ‘ = 11 × 10­§ °C­¢;

calor específico do aço: c = 450 J/(kg°C);

calor latente de fusão do gelo: L = 3,3 × 10¦ J/kg.

a) Qual a redução percentual do volume da esfera em relação ao seu volume inicial?

b) Supondo que todo calor perdido pela esfera tenha sido absorvido pelo gelo, qual a massa de água obtida?

4. (Fgv 2007)

[pic]

Nossa personagem soube por uma amiga que uma nova dieta sugeria que beber meio litro de água fresca (22°C) poderia provocar a queima imediata de 100 calorias. De acordo com nossos conhecimentos de calorimetria, se a perda de calorias fosse devida unicamente ao aquecimento da água pelo corpo, haveria muito mais energia para se "queimar". Levando-se em conta que a água que tomamos, após o equilíbrio térmico com nosso corpo, atinge a temperatura de 37°C se beber meio litro de água, após a queima imediata das 100 calorias, ainda deveria ocorrer a "queima" adicional, em cal, de

Dados:

- calor específico da água: 1,0 cal/(g°C)

- densidade da água: 1,0 g/mL

a) 5 700. b) 5 900. c) 6 300.

d) 6 800. e) 7 400.

5. (Pucsp 2007) O gráfico (figura 1) representa um trecho, fora de escala, da curva de aquecimento de 200 g de uma substância, aquecida por uma fonte de fluxo constante e igual a 232 cal/min.

Sabendo que a substância em questão é uma das apresentadas na tabela (figura 2), o intervalo de tempo Ðt é, em minutos, um valor

a) acima de 130. b) entre 100 e 130.

c) entre 70 e 100. d) entre 20 e 70.

e) menor do que 20.

6. (Ufmg 2007) Numa aula de Física, o Professor Carlos Heitor apresenta a seus alunos esta experiência: dois blocos - um de alumínio e outro de ferro -, de mesma massa e, inicialmente, à temperatura ambiente, recebem a mesma quantidade de calor, em determinado processo de aquecimento.

O calor específico do alumínio e o do ferro são, respectivamente, 0,90 J/(g°C) e 0,46 J/(g°C).

Questionados quanto ao que ocorreria em seguida, dois dos alunos, Alexandre e Lorena, fazem, cada um deles, um comentário:

- Alexandre: "Ao final desse processo de aquecimento, os blocos estarão à mesma temperatura."

- Lorena: "Após esse processo de aquecimento, ao se colocarem os dois blocos em contato, fluirá calor do bloco de ferro para o bloco de alumínio."

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que

a) apenas o comentário de Alexandre está certo.

b) apenas o comentário de Lorena está certo.

c) ambos os comentários estão certos.

d) nenhum dos dois comentários está certo.

7. (Ufsc 2006) O gráfico a seguir representa a quantidade de calor absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em função de suas temperaturas.

[pic]

Observe o gráfico e assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) A capacidade térmica do objeto A é maior que a do objeto B.

(02) A partir do gráfico é possível determinar as capacidades térmicas dos objetos A e B.

(04) Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é maior que o do objeto B.

(08) A variação de temperatura do objeto B, por caloria absorvida, é maior que a variação de temperatura do objeto A, por caloria absorvida.

(16) Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor específico será 0,2 cal/g°C.

8. (Ufrj 2006) Em um calorímetro ideal, há 98g de água à temperatura de 0°C. Dois cubinhos metálicos são introduzidos no calorímetro. Um deles tem massa 8,0g, calor específico 0,25cal/g°C e está à temperatura de 400°C. O outro tem 10g de massa, calor específico 0,20cal/g°C e está à temperatura de 100°C.

Posteriormente, esse último cubinho é retirado do calorímetro e verifica-se, nesse instante, que sua temperatura é 50°C.

Calcule a temperatura final de equilíbrio da água e do cubinho que permanece no calorímetro.

9. (Fgv 2006) Os trajes de neopreme, um tecido emborrachado e isolante térmico, são utilizados por mergulhadores para que certa quantidade de água seja mantida próxima ao corpo, aprisionada nos espaços vazios no momento em que o mergulhador entra na água. Essa porção de água em contato com o corpo é por ele aquecida, mantendo assim uma temperatura constante e agradável ao mergulhador. Suponha que, ao entrar na água, um traje retenha 2,5 L de água inicialmente a 21°C. A energia envolvida no processo de aquecimento dessa água até 35°C é Dados: densidade da água = 1 kg/L calor específico da água = 1 cal/(g.°C)

a) 25,5 kcal. b) 35,0 kcal. c) 40,0 kcal.

d) 50,5 kcal. e) 70,0 kcal.

10. (Ufrrj 2006) Um estudante de Física Experimental fornece calor a um certo corpo, inicialmente à temperatura de 10°C. Ele constrói o gráfico indicado a seguir, onde, no eixo vertical, registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto, no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo.

[pic]

Consideremos agora um outro corpo, com o dobro da massa do primeiro, feito da mesma substância e também inicialmente a 10°C. Com base no gráfico, podemos dizer que, fornecendo uma quantidade de calor igual a 120 calorias a esse outro corpo, sua temperatura final será de

a) 18°C. b) 20°C. c) 40°C.

d) 30°C. e) 25°C.

11. (Ufg 2006) O cérebro de um homem típico, saudável e em repouso, consome uma potência de aproximadamente 16W. Supondo que a energia gasta pelo cérebro em 1 min fosse completamente usada para aquecer 10 ml de água, a variação de temperatura seria de, aproximadamente,

Densidade da água:

1,0.10¤ kg/m¤

Calor específico da água:

4,2.10¤ J/kg.°C

a) 0,5 °C b) 2 °C c) 11 °C

d) 23 °C e) 48 °C

12. (Ufpr 2006) Numa garrafa térmica há 100 g de leite à temperatura de 90°C. Nessa garrafa são adicionados 20 g de café solúvel à temperatura de 20°C. O calor específico do café vale 0,5 cal/(g°C) e o do leite vale 0,6 cal/(g°C). A temperatura final do café com leite é de:

a) 80°C. b) 42°C. c) 50°C.

d) 60°C. e) 67°C.

TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 3 QUESTÕES.

(Puccamp 2005) Se o convidarem para saborear um belo cozido português, certamente a última coisa que experimentará entre as iguarias do prato será a batata, pois ao ser colocada na boca sempre parecerá mais quente. ... Mas será que ela está sempre mais quente, uma vez que todos os componentes do prato foram cozidos juntos e saíram ao mesmo tempo da panela? Sabemos que, ao entrarem em contato, objetos com temperaturas diferentes tendem a trocar calor até ficarem com a mesma temperatura. Parece estranho, não? Uma coisa é certa: ao comer o cozido a chance de você queimar a boca com a batata é muito maior do que com o pedaço de carne. Comprove isso no próximo cozido que tiver oportunidade de comer.

(Aníbal Figueiredo. "Física - um outro lado - calor e temperatura." São Paulo. FTD, 1997)

13. A característica da batata a que se refere o texto, de permanecer quente por mais tempo do que os demais pertences do cozido, deve-se ao fato de que, em relação aos demais, a batata tem

a) maior densidade.

b) maior calor específico.

c) menor pressão interna.

d) menor condutividade térmica.

e) menor índice de permeabilidade.

14. Uma batata de 100 g sai direto da geladeira (temperatura interna 6 °C) para dentro da panela com 238 g de água (calor específico 1,0 cal/g. °C) a 50 °C. Depois de algum tempo, quando o equilíbrio térmico é atingido, a temperatura da batata é 40 °C. Desprezando a troca de calor com o ambiente, pode-se afirmar corretamente que o calor específico da batata é, em cal/g. °C, igual a

a) 0,54 b) 0,65 c) 0,70

d) 0,80 e) 0,85

15. Uma sala tem 6 m de largura, 10 m de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o ar dentro da sala. Considere o calor específico do ar como sendo 30 J/ (mol K) e use R= 8 J/ (mol K).

a) Considerando o ar dentro da sala como um gás ideal à pressão ambiente (P = 10¦ N/m£), quantos moles de gás existem dentro da sala a 27 °C?

b) Qual é a quantidade de calor que o refrigerador deve retirar da massa de ar do item (a) para resfriá-Ia até 17 °C?

16. (Ufpe 2005) Com o objetivo de melhorar de uma contusão, um atleta envolve sua coxa com uma bolsa com 500 g de água gelada a 0 °C. Depois de transcorridos 30 min, a temperatura da bolsa de água atinge 18 °C. Supondo que todo o calor absorvido pela água veio da coxa do atleta, calcule a perda média de calor por unidade de tempo, em cal/s.

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

17. (Fuvest 2000) Uma experiência é realizada para estimar o calor específico de um bloco de material desconhecido, de massa m½=5,4kg. Em recipiente de isopor, uma quantidade de água é aquecida por uma resistência elétrica R=40², ligada a uma fonte de 120V, conforme a figura. Nessas condições, e com os devidos cuidados experimentais é medida a variação da temperatura T da água, em função do tempo t, obtendo-se a reta A do gráfico. A seguir, repete-se a experiência desde o início, desta vez colocando o bloco imerso dentro d'água, obtendo-se a reta B do gráfico.

Dado: c = 4 J/g°C, para a água

[pic]

a) Estime a massa M, em kg, da água colocada no recipiente.

b) Estime o calor específico c½ do bloco, explicitando claramente as unidades utilizadas.

18. (Unicamp 2000) Um escritório tem dimensões iguais a 5m×5m×3m e possui paredes bem isoladas. Inicialmente a temperatura no interior do escritório é de 25°C. Chegam então as 4 pessoas que nele trabalham, e cada uma liga seu microcomputador. Tanto uma pessoa como um microcomputador dissipam em média 100W cada na forma de calor. O aparelho de ar condicionado instalado tem a capacidade de diminuir em 5°C a temperatura do escritório em meia hora, com as pessoas presentes e os micros ligados. A eficiência do aparelho é de 50%. Considere o calor específico do ar igual a 1000J/kg°C e sua densidade igual a 1,2kg/m¤.

a) Determine a potência elétrica consumida pelo aparelho de ar condicionado.

b) O aparelho de ar condicionado é acionado automaticamente quando a temperatura do ambiente atinge 27°C, abaixando-a para 25°C. Quanto tempo depois da chegada das pessoas no escritório o aparelho é acionado?

19. (Unesp 2007) Considere seus conhecimentos sobre mudanças de fase e analise as afirmações I, II e III, referentes à substância água, um recurso natural de alto valor.

I. Durante a transição de sólido para líquido, a temperatura não muda, embora uma quantidade de calor tenha sido fornecida à água.

II. O calor latente de condensação da água tem um valor diferente do calor latente de vaporização.

III. Em determinadas condições, a água pode coexistir na fase sólida, líquida e gasosa.

Pode-se afirmar que

a) apenas a afirmação I é correta.

b) apenas as afirmações I e II são corretas.

c) apenas as afirmações I e III são corretas.

d) apenas as afirmações II e III são corretas.

e) as afirmações I, II e III são corretas.

20. (Ufg 2007) Um lago tem uma camada superficial de gelo com espessura de 4,0 cm a uma temperatura de -16 °C. Determine em quanto tempo o lago irá descongelar sabendo que a potência média por unidade de área da radiação solar incidente sobre a superfície da Terra é 320 W/m£.

Dados:

Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C

Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g

Densidade do gelo = 1,0 g/cm¤

1,0 cal ¸ 4,0 J

21. (Ufjf 2006) Um bloco de chumbo de 6,68 kg é retirado de um forno a 300°C e colocado sobre um grande bloco de gelo a 0°C. Supondo que não haja perda de calor para o meio externo, qual é a quantidade de gelo que deve ser fundida?

Dados: calor específico do gelo a 0°C = 2100 J/(kg.K)

calor latente de fusão do gelo = 334 x 10¤ J/kg calor específico do chumbo = 230 J/(kg.K)

calor latente de fusão do chumbo = 24,5 x 10¤ J/kg

temperatura de fusão do chumbo = 327°C

22. (Ufpel 2006) Com base em seus conhecimentos sobre Termodinâmica, assinale a alternativa correta.

a) Duas substâncias A e B, de massas iguais, recebem a mesma quantidade de calor, portanto sofrem a mesma variação de temperatura.

b) Em um mesmo banho-maria, aquecem-se duas barras metálicas quaisquer simultaneamente. A dilatação térmica maior ocorrerá na barra mais longa.

c) O coeficiente de dilatação aparente de um líquido é sempre maior que o coeficiente de dilatação real do líquido.

d) Se a relação entre os coeficientes de dilatação linear de dois metais é igual a 2, a relação entre os respectivos coeficientes de dilatação cúbica se mantém.

e) Nas substâncias que diminuem de volume quando passam do estado líquido para o estado sólido, um aumento de pressão faz baixar o ponto de fusão.

23. (Fatec 2006) O gráfico a seguir é a curva de aquecimento de 10g de uma substância, à pressão de 1 atm.

[pic]

Analise as seguintes afirmações :

I. a substância em questão é a água.

II. o ponto de ebulição desta substância é 80°C.

III. o calor latente de fusão desta substância é 20cal/g .

Das afirmações apresentadas,

a) todas estão corretas.

b) todas estão erradas.

c) somente I e II estão corretas.

d) somente II e III estão corretas.

e) somente I está correta

24. (Uerj 2006) Algumas máquinas do navio operam utilizando vapor d'água a temperatura de 300°C. Esse vapor é produzido por uma caldeira alimentada com óleo combustível, que recebe água a temperatura de 25°C. O gráfico a seguir mostra o comportamento do calor específico c do vapor d'água em função da temperatura š.

[pic]

a) Considerando as condições descritas, calcule a quantidade de calor necessária para transformar 1,0 × 10¦ g de água a 25°C em vapor a 300°C.

b) Admita que:

- a queima de 1 grama do óleo utilizado libera 10.000 cal;

- a caldeira, em 1 hora, queima 4.320 g de óleo e seu rendimento é de 70%.

Determine a potência útil dessa caldeira.

25. (Ita 2006) Um bloco de gelo com 725 g de massa é colocado num calorímetro contendo 2,50 kg de água a uma temperatura de 5,0°C, verificando-se um aumento de 64 g na massa desse bloco, uma vez alcançado o equilíbrio térmico. Considere o calor específico da água (c = 1,0 cal/g°C) o dobro do calor específico do gelo, e o calor latente de fusão do gelo de 80 cal/g. Desconsiderando a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior, assinale a temperatura inicial do gelo.

a) -191,4°C b) -48,6°C c) -34,5°C

d) -24,3°C e) -14,1°C

26. (Pucpr 2005) Quando o gelo se derrete, verifica-se, experimentalmente, que ele deve receber, por grama, 80 calorias, mantendo-se a temperatura constante em 0°C.

A quantidade de calor, em caloria, para derreter 100 g de gelo é de:

a) 800 cal b) 1000 cal c) 100 cal

d) 80 cal e) 8000 cal

27. (Uel 2005) Nas condições usualmente encontradas no ambiente em que vivemos, a matéria assume três estados: sólido, líquido e gasoso. A água, por exemplo, pode ser encontrada em qualquer desses estados de acordo com a pressão e temperatura do ambiente. Nosso domínio sobre o ambiente decorre, entre outras coisas, do fato de que sabemos controlar as mudanças entre esses estados. De maneira geral, fusão é a transformação que leva uma substância do estado sólido para o estado líquido. Vaporização é a transformação que leva uma substância do estado líquido para o estado gasoso. Sublimação é a transformação que leva uma substância diretamente do estado sólido para o estado gasoso. O diagrama de fases reune em um diagrama de pressão x temperatura, as curvas de fusão, de vaporização e de sublimação de uma dada substância, conforme a figura a seguir. Com base no diagrama e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:

[pic]

a) Na região I, a substância está no estado gasoso. Na região II, a substância está no estado líquido. Na região III, a substância está no estado sólido. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e sólido.

b) Na região I, a substância está no estado líquido. Na região II, a substância está no estado gasoso. Na região III a substância está no estado sólido. No ponto 1 a substância está num estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 2 a substância está num estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 3 a substância está num estado de coexistência de estados sólido e gasoso.

c) Na região I a substância está no estado gasoso. Na região II a substância está no estado sólido. Na região III, a substância está no estado líquido. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e sólido.

d) Na região I, a substância está no estado sólido. Na região II, a substância está no estado líquido. Na região III, a substância está no estado gasoso. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso.

e) Na região I, a substância está no estado líquido. Na região II, a substância está no estado sólido. Na região III, a substância está no estado gasoso. No ponto 1, a substância está em um estado de coexistência de estados líquido e gasoso. No ponto 2, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e líquido. No ponto 3, a substância está em um estado de coexistência de estados sólido e gasoso.

28. (Unesp 2004) Um recipiente de capacidade térmica desprezível e isolado termicamente contém 25 kg de água à temperatura de 30°C.

a) Determine a massa de água a 65°C que se deve despejar no recipiente para se obter uma mistura em equilíbrio térmico à temperatura de 40°C.

b) Se, em vez de 40°C, quiséssemos uma temperatura final de 20°C, qual seria a massa de gelo a 0°C que deveríamos juntar aos 25 kg de água a 30°C?

Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g.°C e o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g.

29. (Unesp 2004) A figura mostra os gráficos das temperaturas em função do tempo de aquecimento, em dois experimentos separados, de dois sólidos, A e B, de massas iguais, que se liquefazem durante o processo. A taxa com que o calor é transferido no aquecimento é constante e igual nos dois casos.

[pic]

Se TÛ e T½ forem as temperaturas de fusão e LÛ e L½ os calores latentes de fusão de A e B, respectivamente, então

a) TÛ > T½ e LÛ > L½. b) TÛ > T½ e LÛ = L½.

c) TÛ > T½ e LÛ < L½. d) TÛ < T½ e LÛ > L½.

e) TÛ < T½ e LÛ = L½.

30. (Fuvest 2004)

[pic]

Um recipiente de isopor, que é um bom isolante térmico, tem em seu interior água e gelo em equilíbrio térmico. Num dia quente, a passagem de calor por suas paredes pode ser estimada, medindo-se a massa de gelo Q presente no interior do isopor, ao longo de algumas horas, como representado no gráfico. Esses dados permitem estimar a transferência de calor pelo isopor, como sendo, aproximadamente, de

Calor latente de fusão do gelo ¸ 320 kJ/kg

a) 0,5 kJ/h b) 5 kJ/h c) 120 kJ/h

d) 160 kJ/h e) 320 kJ/h

31. (Unifesp 2003) Sobrefusão é o fenômeno em que um líquido permanece nesse estado a uma temperatura inferior à de solidificação, para a correspondente pressão. Esse fenômeno pode ocorrer quando um líquido cede calor lentamente, sem que sofra agitação. Agitado, parte do líquido solidifica, liberando calor para o restante, até que o equilíbrio térmico seja atingido à temperatura de solidificação para a respectiva pressão. Considere uma massa de 100 g de água em sobrefusão a temperatura de -10°C e pressão de 1 atm, o calor específico da água de 1 cal/g°C e o calor latente de solidificação da água de -80 cal/g. A massa de água que sofrerá solidificação se o líquido for agitado será

a) 8,7 g. b) 10,0 g. c) 12,5 g.

d) 50,0 g. e) 60,3 g.

GABARITO

1. [E]

2. a) 4,54 × 10¥N/m£ b) 280 cal

3. a) redução de 0,66% b) m ¸ 0,055kg

4. [E] 5. [A] 6. [B] 7. 01 + 02 + 08 + 16 = 27

8. T = 9°C

9. [B] 10. [E] 11. [D] 12. [A] 13. [B]

14. [C]

15. a) 1 × 10¥ mols b) 3 × 10§ J

16. [E]

17. a) M = 4,32 kg b) c½ = 0,8 J/g.°C

18. a) 2100 W b) 3,75 min

19. [C] 20. 12 h 12 min

21. m = 1,38 kg

22. [E] 23. [D]

24. a) Q = 7,4 × 10¨ cal b) P = 8,4 × 10¤ cal/s

25. [B] 26. [E] 27. [A]

28. a) 10 kg b) 2,5 kg

29. [C] 30. [D] 31. [C]

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