F2_semana6

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FÍSICA 2: SEMANA 6 
Conteúdo: Trocas de Calor 
Próxima semana: Dilatação Térmica dos Sólidos 
 
QUESTÕES TRADICIONAIS 
 
1. Um recipiente consta de duas partes separadas por uma placa de zinco (K = 0,3 
cal/s.cm.oC) com 10 mm de espessura, 20 cm de altura e 40 cm de largura. Num dos 
compartimentos há gelo a 0 oC e, através do outro, passa continuamente vapor de 
água a 100 oC. Sendo 80 cal/g o calor latente de fusão do gelo, qual a massa de gelo 
que se derrete em cada minuto? 
A) 3 kg 
B) 6 kg 
C) 12 kg 
D) 15 kg 
E) 18 kg 
 
2. Uma estudante colocou em um recipiente 2,0 litros (2,0 kg) de água, inicialmente a 
20 °C, para ferver. Distraindo-se, esqueceu a água no fogo por um certo tempo e, 
quando percebeu, metade da água havia se evaporado. Curiosa, desejou saber que 
quantidade de calor a água havia consumido no processo. Sendo o calor específico e o 
calor de vaporização da água, respectivamente, iguais a 1,0 cal/g°C e 540 cal/g, 
encontrou 
A) 700 kcal 
B) 620 kcal 
C) 160 kcal 
D) 540 kcal 
E) 80 kcal 
 
3. No condensador da figura, passa pela serpentina vapor d’água a 100 ºC e, pela 
luva, água entra na temperatura de 20 ºC e sai a 50 ºC à razão de 15 g/s. O calor 
específico da água é 1 cal/g.ºC e o calor latente de vaporização da água é 540 cal/g. 
 
Calcule o máximo de massa de água líquida que podemos obter, através da 
condensação do vapor, em 1 min, em gramas. 
A) 50 g 
B) 40 g 
C) 30 g 
D) 20 g 
E) 10 g 
 
4. No interior de um calorímetro de capacidade térmica desprezível, que contém óleo 
(c = 0,3 cal/goC) a 30oC, colocamos uma pedra de gelo (calor latente de fusão = 80 
cal/g) de 40 g a 0 oC. A massa de água (calor específico = 1 cal/g oC) a 70oC que 
devemos adicionar no calorímetro para restabelecer a temperatura inicial do óleo é de: 
A) 80 g 
B) 90 g 
C) 100 g 
D) 110 g 
E) 150 g 
 
5. Um esquiador de massa 60 kg desloca-se na neve. O coeficiente de atrito entre os 
esquis e a neve é de 0,2, e o calor latente de fusão do gelo é de 3.105 J/kg. Considere 
que toda a neve embaixo de seus esquis esteja a 0 oC e toda energia interna gerada 
pelo atrito seja adicionada à neve que adere aos esquis até derreter. A distância, em 
quilômetros, que ele deve percorrer para derreter 1 kg de neve vale 
A) 3,0 
B) 1,2 
C) 1,5 
D) 2,0 
E) 2,5 
 
6. 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 à 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 
 
 
QUESTÕES CONTEXTUALIZADAS 
 
7. Quando vamos à praia durante um dia ensolarado de verão, verificamos facilmente 
que a areia da praia é bem mais quente que a água do mar. Isso ocorre porque: 
A) a areia é permanentemente aquecida pelo quebrar das ondas do mar. 
B) o calor específico da água é bem menor que o da areia. 
C) o calor específico da água é bem maior que o da areia. 
D) o calor latente de vaporização da água é bem maior que o calor latente de 
vaporização da areia. 
E) as capacidades térmicas da água e da areia são iguais. 
 
8. Analise as afirmações referentes à condução térmica: 
I. Para que um pedaço de carne cozinhe mais rapidamente, pode-se introduzir nele um 
espeto metálico. Isso se justifica pelo fato de o metal ser um bom condutor de calor. 
II. Os agasalhos de lã dificultam a perda de energia (na forma de calor) do corpo 
humano para o ambiente, devido ao fato de o ar aprisionado entre suas fibras ser um 
bom isolante térmico. 
III. Devido à condução térmica, uma barra de metal mantém-se a uma temperatura 
inferior à de uma barra de madeira colocada no mesmo ambiente. 
Podemos afirmar que 
A) I, II e III estão corretas. 
B) I, II e III estão erradas. 
C) apenas I está correta. 
D) apenas II está correta. 
E) apenas I e II estão corretas. 
 
9. Após fazer um bolo, um cozinheiro coloca um cobertor sobre o bolo para que não 
esfrie. Do ponto de vista da Física, pode-se explicar a atitude do cozinheiro da seguinte 
forma: 
A) O cobertor tem a propriedade de aquecer os corpos que estão por ele cobertos. 
B) Há transmissão de calor do cobertor para o bolo, de forma a mantê-lo aquecido. 
C) A temperatura é transmitida do cobertor para o bolo, mantendo-o aquecido. 
D) A forma predominante de transmissão, nesse caso, é a irradiação de calor pelo 
cobertor. 
E) O cobertor dificulta a transmissão de calor do bolo ao meio ambiente. 
 
10. O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água 
quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água 
constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com 
cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. 
 
 
Nesse sistema de aquecimento, 
A) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as 
perdas de energia. 
B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia 
térmica utilizada para o aquecimento. 
C) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e 
Y. 
D) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. 
E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a 
temperatura no interior da caixa. 
 
11. Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de água quente, contendo 600g de 
água (c = 1,0 cal/goC) à temperatura inicial de 90°C. Após 4,0 horas, ele observa que 
a temperatura da água é de 42°C. A perda média de energia da água por unidade de 
tempo é: 
A) 2,0 cal/s 
B) 18 cal/s 
C) 120 cal/s 
D) 8,4 cal/s 
E) 1,0 cal/s 
 
12. Você já deve ter lido no rótulo de uma latinha de refrigerante diet a inscrição 
“contém menos de 1,0 caloria”. Essa caloria é a grande caloria (caloria alimentar) 
que vale 1000 calorias utilizadas na termologia. Que massa m de água poderia ser 
aquecida de 10°C para 60°C utilizando essa energia (1000 cal)? Dado: calor 
específico sensível da água = 1,0 cal/g°C. 
A) 10 gramas 
B) 20 gramas 
C) 30 gramas 
D) 40 gramas 
E) 50 gramas 
 
13. No laboratório do colégio, um grupo de alunos fez um experimento sobre o 
aquecimento da água. Os estudantes colocaram meio litro de água pura numa panela 
de alumínio e aqueceram-na em um fogão a gás com chama constante. Mediram a 
temperatura da água a cada 0,5 minuto, usando um termômetro que mede 
temperaturas entre 0°C e 150°C. Representaram as medidas encontradas em um 
gráfico parecido com este: 
 
 
 
Os alunos ficaram surpresos com o fato de que a temperatura da água, após 5 minutos 
de aquecimento, não aumentava mais. 
Assinale a explicação correta do fenômeno, que ocorre com a água após 5 minutos de 
aquecimento. 
A) A água fica com sua capacidade calorífica saturada e não recebe mais calor, 
mantendo a sua temperatura constante. 
B) A temperatura da água se iguala à temperatura da chama e se mantém constante. 
C) O aumento de temperatura da água continua, mas não é detectado pelo 
termômetro. 
D) O calor recebido se transforma em energia envolvida na mudança de estado da 
água, mantendo a sua temperatura constante. 
E) O aumento da potência da fonte térmica não altera o gráfico. 
 
14. Uma pedra de gelo, de 40g de massa e a temperatura de -10°C, é exposta ao 
sol. Admitindo que o gelo só absorve calor do sol a uma taxa média de 200 cal/min, 
podemos afirmar que o tempo gasto para a pedra derreter completamente é, em 
minutos, de 
Dados: Calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/g°C; 
Calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g. 
A) 1B) 5 
C) 16 
D) 17 
E) 34 
 
15. Paulo deseja beber água a uma temperatura de 10°C. Para tanto, dispõe de 200g 
de água à temperatura de 25°C, pedras de gelo fundente e de uma garrafa térmica de 
capacidade térmica 6 cal/°C cuja temperatura interna é de 15°C. Se cada pedra de 
gelo tem aproximadamente 3g, e Paulo vai colocar tudo na garrafa térmica e aguardar 
o equilíbrio térmico, deverá usar 
A) 11 pedras 
B) 13 pedras 
C) 14 pedras 
D) 15 pedras 
E) 16 pedras 
Dados: calor específico sensível da água = 1 cal/g.°C 
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 
 
QUESTÕES ESPECÍFICAS 
 
16. Em dias muito quentes e secos, como os do último verão europeu, quando as 
temperaturas atingiram a marca de 40 oC, nosso corpo utiliza-se da transpiração para 
transferir para o meio ambiente a energia excedente em nosso corpo. Através desse 
mecanismo, a temperatura de nosso corpo é regulada e mantida em torno de 37 oC. 
No processo de transpiração, a água das gotas de suor sofre uma mudança de fase a 
temperatura constante, na qual passa lentamente da fase líquida para a gasosa, 
consumindo energia, que é cedida pelo nosso corpo. Se, nesse processo, uma pessoa 
perde energia a uma razão de 113 J/s, e se o calor latente de vaporização da água é 
de 2,26x103 J/g, a quantidade de água perdida na transpiração pelo corpo dessa 
pessoa, em 1 hora, é de: 
A) 159 g 
B) 165 g 
C) 180 g 
D) 200 g 
E) 225 g 
 
17. Uma barra de prata tem seção de 1 cm2 e 50 cm de comprimento. Uma de suas 
extremidades está em contato com água fervendo, sob pressão normal, e a outra é 
envolvida por uma “camisa” refrigerada por água corrente, que entra a 10 oC na 
camisa. Sendo o coeficiente de condutibilidade térmica da prata 1,00 cal/cm.s.oC e 
supondo que em 6 min passem 200 g de água pela camisa, qual o aumento de 
temperatura experimentado por esse líquido. 
A) 3,24 oC 
B) 4,25 oC 
C) 5,35 oC 
D) 6,45 oC 
E) 7,50 oC 
18. Um aprendiz de cozinheiro colocou 1,0 litro de água em temperatura ambiente 
(25°C) numa panela sem tampa e a deixou aquecendo em um fogão elétrico, sobre 
uma boca de potência de 2000 W. Considerando-se que toda a energia fornecida pela 
boca é absorvida pela água, qual o tempo mínimo aproximado em que toda a água 
evapora? 
Dados: calor latente de vaporização da água = 2256 kJ/kg 
calor específico da água = 4,2 kJ/kg°C 
densidade da água = 1000 kg/m3 
A) 18,2 min 
B) 21,4 min 
C) 36,0 min 
D) 42,7 min 
E) 53,8 min 
 
19. O primeiro banho de um recém-nascido só deve acontecer cerca de seis horas 
após o nascimento, quando sua temperatura corporal e suas funções 
cardiorrespiratórias estiverem estáveis. (...) A temperatura ideal da água é entre 36°C 
e 37°C. É possível medir a temperatura com termômetros específicos para o banho ou 
usando o antebraço. É comum que a temperatura ideal da água para o banho do bebê 
dê a impressão de morna aos adultos. Por isso, testar no antebraço ou com o dorso da 
mão é mais eficiente. 
Fonte: http://revistacrescer.globo.com/Revista/Crescer/0,,EMI330848-18560,00.html, 
acessado em 13 de julho de 2016. 
 
Seguindo as recomendações, uma mãe que vai dar banho em seu filho recém-nascido 
vai misturar duas porções de água: uma com temperatura de 20°C (fria) e outra mais 
quente, ambas em uma banheira de 20 litros. A banheira deve estar com água fria em 
2/3 de sua capacidade antes de se misturar à porção de água quente. Quantos litros 
de água a mãe deve ferver a 100º C para misturar com a água fria, visando atingir a 
temperatura ideal do banho de 36°C? 
A) 0,30 
B) 1,20 
C) 3,33 
D) 16,7 
E) 53,3 
 
20. Uma amostra de uma substância encontra-se, inicialmente, no estado sólido na 
temperatura T0. Passa, então, a receber calor até atingir a temperatura final Tf , 
quando toda a amostra já se transformou em vapor. O gráfico abaixo representa a 
variação da temperatura T da amostra em função da quantidade de calor Q por ela 
recebida. 
 
Considere as seguintes afirmações, referentes ao gráfico. 
I. T1 e T2 são, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização da 
substância. 
II. No intervalo X, coexistem os estados sólido e líquido da substância. 
III. No intervalo Y, coexistem os estados sólido, líquido e gasoso da substância. 
Quais estão corretas? 
A) Apenas I 
B) Apenas II 
C) Apenas III 
D) Apenas I e II 
E) I, II e III 
 
21. A existência da água em seus três estados físicos, sólido, líquido e gasoso, torna 
nosso planeta um local peculiar em relação aos outros planetas do Sistema Solar. Sem 
tal peculiaridade, a vida em nosso planeta seria possivelmente inviável. Portanto, 
conhecer as propriedades físicas da água ajuda a melhor utilizá-la e assim contribuir 
para a preservação do planeta. Na superfície da Terra, em altitudes próximas ao nível 
do mar, os estados físicos da água estão diretamente relacionados à sua temperatura, 
conforme mostrado no gráfico abaixo. 
 
Esse gráfico representa o comportamento de uma massa de 1,0 g de gelo a uma 
temperatura inicial de 250 ºC, colocada em um calorímetro que, ligado a um 
computador, permite determinar a temperatura da água em função da quantidade de 
calor que lhe é cedida. Observando o gráfico, pode-se concluir que a quantidade de 
calor necessária para liquefazer a massa de 1,0 g de água e elevar sua temperatura 
de 0 ºC até 100 ºC é, respectivamente: 
A) 105 cal e 80 cal. 
B) 105 cal e 100 cal. 
C) 80 cal e 105 cal. 
D) 100 cal e 105 cal. 
E) 110 cal e 150 cal. 
 
22. O diagrama mostra a variação de temperatura de certa massa de uma substância 
em função do calor transferido. 
 
O diagrama mostra a variação de temperatura de certa massa de uma substância em 
função do calor transferido. Sabendo que o calor latente de fusão dessa substância é 
50 cal/g e que, a 0 °C, ela se encontra no estado sólido, é correto afirmar: 
A) a substância absorveu 1.500 cal para sofrer fusão total. 
B) a temperatura de ebulição da substância é menor que 40 ºC. 
C) a massa da substância é igual a 40,0 g. 
D) o calor de vaporização dessa substância é 60 cal/g. 
E) a uma temperatura de 25 ºC, a substância encontra-se no estado sólido. 
 
23. Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, foram colocados 100 g de 
água a 30 °C e 200 g de ferro a 90 °C. O calor específico da água é igual a 1,0 cal/g 
°C e o do ferro, 0,10 cal/g °C. Qual dos gráficos melhor representa a variação de 
temperatura desses corpos em função da quantidade de calor trocado? 
 
 
QUESTÕES APROFUNDADAS 
 
24. Um dia, o zelador de um clube mediu a temperatura da água da piscina e obteve 
20 °C, o mesmo valor para qualquer ponto da água da piscina. Depois de alguns dias 
de muito calor, o zelador refez essa medida e obteve 25 °C, também para qualquer 
ponto do interior da água. Sabendo que a piscina contém 200 m3 de água, que a 
densidade da água é 1,0 · 103 kg/m3 e que o calor específico da água é 4,2 · 103 J/kg 
°C, responda: 
a) qual a quantidade de calor absorvida, do ambiente, pela água da piscina? 
b) por qual processo (ou processos) o calor foi transferido do ambiente para a água da 
piscina e da água da superfície para a água do fundo? Explique. 
 
25. Para determinar o calor específico de um líquido, usou-se um béquer A contendo 
250 g desse líquido, a chama de um bico de Bunsen de potência constante e outro 
béquer B contendo 210 g de água pura. Usando o bico de Bunsen alternadamente, o 
líquido do béquer A teve sua temperatura elevada em 10 °C, em 20 s, enquanto a 
água do béquer B teve variação de 8,0 °C em 24 s. Qual é o calor específico do 
líquido? Despreze a capacidade térmica do béquer e as perdas de calor para o 
ambiente. Considere, para o calor específico da água, o valor 1,0 cal/g °C. 
 
26. Dois recipientes de material termicamente isolante contêm cada um 10 g de água a 
0 °C. Deseja-se aquecer até uma mesma temperatura os conteúdos dos dois 
recipientes, mas sem misturá-los. Para isso, é usado um bloco de 100 g de uma liga 
metálica inicialmente à temperatura de 90 °C. O bloco é imerso durante certo tempo 
em um dos recipientese depois transferido para o outro, nele permanecendo até ser 
atingido o equilíbrio térmico. O calor específico da água é dez vezes maior que o da 
liga metálica. Qual a temperatura do bloco metálico, por ocasião da transferência de 
um recipiente para o outro? 
27. Um calorímetro de equivalente em água 10 g, à temperatura ambiente (20 °C), foi 
utilizado para misturar 200 g de um líquido de calor específico 0,79 cal/g °C, a 35 °C, 
com um bloco de metal de massa 300 g, a 150 °C. Sabendo que a temperatura final 
atingida foi de 40 °C, determine o calor específico do metal. 
 
28. Considere 1,0 kg de gelo a 0 °C e uma massa x de vapor de água a 100 °C, 
colocados em um recipiente de capacidade térmica desprezível. A temperatura final de 
equilíbrio térmico é 0 °C, e o sistema está totalmente no estado líquido. Qual o valor de 
x em quilogramas? 
Dados: calor específico latente de vaporização da água = 540 cal/g; 
calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g; 
calor específico sensível da água = 1,0 cal/g °C. 
 
29. Deseja-se obter 800 gramas de água a 64 °C. Para isso, misturam-se m1 gramas 
de gelo a 0 °C com m2 gramas de vapor de água a 100 °C no interior de um 
calorímetro perfeitamente adiabático e de capacidade térmica desprezível. Quais os 
valores de m1 e m2? 
Dados: calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; 
calor específico da água = 1,0 cal/g °C; 
calor latente de vaporização da água = 540 cal/g. 
 
30. A que temperatura encontram-se 100 g de água em sobrefusão, se a solidificação 
brusca de um quinto dessa água eleva a temperatura do sistema ao ponto de 
solidificação? 
Dados: calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; 
calor específico da água = 1,0 cal/g °C. 
 
31. Quando água pura é cuidadosamente resfriada, nas condições normais de 
pressão, pode permanecer no estado líquido até temperaturas inferiores a 0 °C, num 
estado instável de “superfusão”. Se o sistema é perturbado, por exemplo, por vibração, 
parte da água se transforma em gelo e o sistema se aquece até estabilizar em 0 °C. O 
calor latente de fusão do gelo é igual a 80 cal/g. Considerando um recipiente 
termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, contendo 1 litro de água a 
–5,6 °C, à pressão normal, determine: 
a) a quantidade, em gramas, de gelo formada, quando o sistema é perturbado e atinge 
uma situação de equilíbrio a 0 °C. 
b) a temperatura final de equilíbrio do sistema e a quantidade de gelo existente 
(considerando o sistema inicial no estado de “superfusão” a –5,6 °C), ao colocar-se no 
recipiente um bloco metálico de capacidade térmica igual a 400 cal/°C, à temperatura 
de 91 °C. 
 
. 
 
 
GABARITO 
07 08 09 10 11 
C E E B A 
12 13 14 15 16 
B D D A C 
17 18 19 20 21 
A B C D B 
22 23 24 25 26 
C B 4,2.109J 
Radiação 
e 
condução 
0,56 
cal/goC 
60oC 
27 28 29 30 31 
0,03cal/goC 125 g 640 g 
160 g 
-16oC 70g; 
22oC 
zero