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Lista de Exercícios #FísicaFazSentido Mudanças de Estados Físicos 1. (Unicamp 2022) A autoclave, um equipamento de esterilização de objetos por meio de vapor de água em alta temperatura e pressão, foi inventada por Charles Chamberland, a pedido de Louis Pasteur. A figura a seguir mostra a curva da pressão máxima de vapor da água em função da temperatura. Para temperaturas e pressões do lado esquerdo da curva, a água encontra-se na fase líquida; do lado direito, a água está na fase de vapor. Nos pontos sobre a curva, as fases líquida e de vapor coexistem. A pressão de funcionamento de uma determinada autoclave é p = 3,0 atm. Se toda a água está na fase de vapor, o que se pode dizer sobre a sua temperatura 𝜃? Dado: 1,0 atm = 100 kPa. a) 𝜃 pode ter qualquer valor maior que 100 °C. b) 𝜃 pode ter qualquer valor maior que 100 °C e menor que 133 °C. c) 𝜃 pode ter qualquer valor menor que 100 °C ou maior que 133 °C. d) 𝜃 pode ter qualquer valor maior que 133 °C. 2. (Uel 2021) Analise o diagrama a seguir. A formação natural de flocos de neve é uma consequência direta das condições atmosféricas de temperatura e pressão. Isso justifica a ocorrência desse fenômeno acima dos cumes de elevadas montanhas como o Aconcágua (6962 𝑚 acima do nível do mar), a cordilheira dos Andes e o Everest (8848 𝑚 acima do nível do mar), localizado na cordilheira do Himalaia. Com base no diagrama de fases da água pura, assinale a alternativa que apresenta, corretamente, a transição de fase que corresponde à formação de flocos de neve em elevadas altitudes a partir da água na fase vapor. a) 𝐴 → 𝐵 b) 𝐵 → 𝐴 c) 𝐶 → 𝐷 d) 𝐷 → 𝐶 e) 𝐹 → 𝐸 3. (Ufrgs 2017) Qualquer substância pode ser encontrada nos estados (ou fases) sólido (𝑆), líquido (𝐿) ou gasoso (𝐺), dependendo das condições de pressão (𝑝) e temperatura (𝑇) a que está sujeita. Esses estados podem ser representados em um gráfico 𝑝 × 𝑇, conhecido como diagrama de fases, como o mostrado na figura abaixo, para uma substância qualquer. As regiões de existência de cada fase estão identificadas por (𝑆), (𝐿) e (𝐺) e os pontos 𝑎, 𝑏, 𝑐 e 𝑑 indicam quatro estados distintos de (𝑝, 𝑇). Considere as seguintes afirmações. I. A substância não pode sublimar, se submetida a pressões constantes maiores do que 𝑝𝑎 . II. A substância, se estiver no estado 𝑏, pode ser vaporizada por transformações isotérmicas ou isobáricas. III. A mudança de estado 𝑐 → 𝑑 é isobárica e conhecida como solidificação. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III. 4. (Uem 2021) Uma substância no estado líquido, que está em um recipiente aberto, evapora com uma certa taxa (massa da substância que evapora por unidade de tempo). Sobre os fatores que influenciam a taxa de evaporação, assinale o que for correto. 01) A taxa de evaporação depende da natureza do líquido e está relacionada com a intensidade das forças de coesão entre as moléculas do líquido. 02) Quanto maior a pressão externa sobre a superfície livre do líquido, mais rapidamente ele evapora. Lista de Exercícios #FísicaFazSentido 04) A área da superfície livre do líquido não influencia sua taxa de evaporação. 08) A temperatura do líquido não influencia sua taxa de evaporação. 16) Se a concentração de vapor junto à superfície do líquido for elevada, a taxa de evaporação tende a diminuir. 5. (Enem 2021) Considere a tirinha, na situação em que a temperatura do ambiente é inferior à temperatura corporal dos personagens. O incômodo mencionado pelo personagem da tirinha deve-se ao fato de que, em dias úmidos, a) a temperatura do vapor-d'água presente no ar é alta. b) o suor apresenta maior dificuldade para evaporar do corpo. c) a taxa de absorção de radiação pelo corpo torna-se maior. d) o ar torna-se mau condutor e dificulta o processo de liberação de calor. e) o vapor-d'água presente no ar condensa-se ao entrar em contato com a pele. 6. (Enem digital 2020) Para assegurar a boa qualidade de seu produto, uma indústria de vidro analisou um lote de óxido de silício (𝑆𝑖𝑂2), principal componente do vidro. Para isso, submeteu uma amostra desse óxido ao aquecimento até sua completa fusão e ebulição, obtendo ao final um gráfico de temperatura 𝑇 (°𝐶) versus tempo 𝑡 (𝑚𝑖𝑛). Após a obtenção do gráfico, o analista concluiu que a amostra encontrava-se pura. Dados do 𝑆𝑖𝑂2: 𝑇𝑓𝑢𝑠ã𝑜 = 1.600 °𝐶; 𝑇𝑒𝑏𝑢𝑙𝑖çã𝑜 = 2.230 °𝐶 Qual foi o gráfico obtido pelo analista? a) b) c) d) e) Lista de Exercícios #FísicaFazSentido 7. (Esc. Naval 2017) Analise o gráfico a seguir. O gráfico acima descreve o processo de aquecimento de certa substância que se encontra inicialmente na fase sólida. O calor latente de fusão dessa substância é 6,0 𝑐𝑎𝑙 𝑔 . Em um processo à pressão constante de 1,0 𝑎𝑡𝑚, ela é levada à fase líquida, com temperatura final de 400 °𝐶. A potência fornecida nessa transformação foi de 360 𝑐𝑎𝑙 𝑠 . O gráfico mostra a temperatura da substância em função do tempo, durante o processo. Qual o calor específico dessa substância, no estado líquido, em 𝑚𝑐𝑎𝑙/(𝑔. °𝐶)? a) 10 b) 20 c) 30 d) 40 e) 50 8. (Fac. Albert Einstein - Medicina 2017) Sabe-se que um líquido possui calor específico igual a 0,58 𝑐𝑎𝑙 𝑔⋅°𝐶 . Com o intuito de descobrir o valor de seu calor latente de vaporização, foi realizado um experimento onde o líquido foi aquecido por meio de uma fonte de potência uniforme, até sua total vaporização, obtendo-se o gráfico abaixo. O valor obtido para o calor latente de vaporização do líquido, em 𝑐𝑎𝑙 𝑔, está mais próximo de: a) 100 b) 200 c) 540 d) 780 9. (Unesp 2017) Um bloco de gelo de massa 200 𝑔, inicialmente à temperatura de – 10 °𝐶, foi mergulhado em um recipiente de capacidade térmica 200 𝑐𝑎𝑙 °𝐶 contendo água líquida a 24 °𝐶. Após determinado intervalo de tempo, esse sistema entrou em equilíbrio térmico à temperatura de 4 °𝐶. O gráfico mostra como variou a temperatura apenas do gelo, desde sua imersão no recipiente até ser atingido o equilíbrio térmico. calor específico da água líquida 1 𝑐𝑎𝑙 𝑔 ⋅ °𝐶 calor específico do gelo 0,5 𝑐𝑎𝑙 𝑔 ⋅ °𝐶 calor latente de fusão do gelo 80 𝑐𝑎𝑙 𝑔 Considerando as informações contidas no gráfico e na tabela, que o experimento foi realizado ao nível do mar e desprezando as perdas de calor para o ambiente, calcule a quantidade de calor absorvido pelo bloco de gelo, em calorias, desde que foi imerso na água até ser atingido o equilíbrio térmico, e calcule a massa de água líquida contida no recipiente, em gramas, antes da imersão do bloco gelo. 10. (Fmj 2022) Uma pessoa colocou 4 pedras de gelo, de 15 g cada uma e todas inicialmente a 0 °C, em um copo de suco de laranja e observou que todo o gelo derreteu em 20 minutos. Considerando o calor latente de fusão do gelo igual a 3,3 × 105 𝐽 𝑘𝑔 e desprezando as perdas de calor, a quantidade de calor absorvido pelas pedras de gelo, por unidade de tempo, foi, em média e aproximadamente, de a) 2,5 × 102 𝐽 𝑚𝑖𝑛 d) 2,5 × 104 𝐽 𝑚𝑖𝑛 b) 1,0 × 103 𝐽 𝑚𝑖𝑛 e) 1,0 × 105 𝐽 𝑚𝑖𝑛 c) 2,0 × 104 𝐽 𝑚𝑖𝑛 11. (Uerj 2020) Em um laboratório, um corpo com massa de 30 𝑔, inicialmente em sua temperatura de fusão, é aquecido durante 140 𝑠 por uma fonte térmica de potência constante igual a 15 𝑐𝑎𝑙 𝑠 . Com o aquecimento, o corpo passa completamente do estado sólido para o estado líquido, mantendo sua temperatura constante. Lista de Exercícios #FísicaFazSentido Admitindo que toda a energia liberada pela fonte térmica seja integralmente absorvida pelo corpo, calcule,em 𝑐𝑎𝑙 𝑔 , o seu calor latente de fusão. 12. (Fac. Albert Einstein - Medicina 2018) Um recipiente contendo 1 litro de água, a 20 °𝐶, é colocado no interior de um forno de micro-ondas. O aparelho é ligado a uma tensão de 110 𝑉 e percorrido por uma corrente elétrica de 10 𝐴. Após 40 minutos, verifica-se que ainda resta 1/4 de litro de água líquida no recipiente. Determine o rendimento percentual aproximado desse aparelho. Dados: pressão atmosférica: 1 𝑎𝑡𝑚 densidade da água: 1 𝑔 𝑐𝑚3 calor latente de vaporização da água: 540 𝑐𝑎𝑙 𝑔 calor específico da água: 1 𝑐𝑎𝑙 𝑔 °𝐶 1 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑎 = 4,2 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒𝑠 a) 19 b) 25 c) 71 d) 77 13. (Fuvest 2018) Furacões são sistemas físicos que liberam uma enorme quantidade de energia por meio de diferentes tipos de processos, sendo um deles a condensação do vapor em água. De acordo com o Laboratório Oceanográfico e Meteorológico do Atlântico, um furacão produz, em média, 1,5 𝑐𝑚 de chuva por dia em uma região plana de 660 𝑘𝑚 de raio. Nesse caso, a quantidade de energia por unidade de tempo envolvida no processo de condensação do vapor em água da chuva é, aproximadamente, Note e adote: - 𝜋 = 3. - Calor latente de vaporização da água: 2 × 106 𝐽 𝑘𝑔 . - Densidade da água: 103 𝑘𝑔 𝑚3 . - 1 dia= 8,6 × 104 𝑠. a) 3,8 × 1015 𝑊. d) 1,2 × 1012 𝑊. b) 4,6 × 1014 𝑊. e) 1,1 × 1011 𝑊. c) 2,1 × 1013 𝑊. 14. (Fuvest 2019) Em uma garrafa térmica, são colocados 200 𝑔 de água à temperatura de 30 °𝐶 e uma pedra de gelo de 50 𝑔, à temperatura de −10 °𝐶. Após o equilíbrio térmico, Note e adote: - calor latente de fusão do gelo = 80 𝑐𝑎𝑙/𝑔; - calor específico do gelo = 0,5 𝑐𝑎𝑙/(𝑔. °𝐶); - calor específico da água = 1,0 𝑐𝑎𝑙/(𝑔. °𝐶). a) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 °𝐶. b) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0,4 °𝐶. c) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 °𝐶. d) nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0 °𝐶. e) o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é −2 °𝐶. 15. (Unicamp 2017) O controle da temperatura da água e de ambientes tem oferecido à sociedade uma grande gama de confortos muito bem-vindos. Como exemplo podemos citar o controle da temperatura de ambientes fechados e o aquecimento da água usada para o banho. a) O sistema de refrigeração usado em grandes instalações, como centros comerciais, retira o calor do ambiente por meio da evaporação da água. Os instrumentos que executam esse processo são usualmente grandes torres de refrigeração vazadas, por onde circula água, e que têm um grande ventilador no topo. A água é pulverizada na frente do fluxo de ar gerado pelo ventilador. Nesse processo, parte da água é evaporada, sem alterar a sua temperatura, absorvendo calor da parcela da água que permaneceu líquida. Considere que 110 litros de água a 30 °𝐶 circulem por uma torre de refrigeração e que, desse volume, 2 litros sejam evaporados. Sabendo que o calor latente de vaporização da água é 𝐿 = 540 𝑐𝑎𝑙 𝑔 e que seu calor específico é 𝑐 = 1,0 𝑐𝑎𝑙 𝑔 ⋅ °𝐶, qual é a temperatura final da parcela da água que não evaporou? b) A maioria dos chuveiros no Brasil aquece a água do banho por meio de uma resistência elétrica. Usualmente a resistência é constituída de um fio feito de uma liga de níquel e cromo de resistividade 𝜌 = 1,1 × 10−6 𝛺 ⋅ 𝑚. Considere um chuveiro que funciona com tensão de 𝑈 =220 𝑉 e potência 𝑃 =5.500 𝑊. Se a área da seção transversal do fio da liga for 𝐴 =2,5 × 10−7 𝑚2, qual é o comprimento do fio da resistência? 16. (Fuvest 2017) Um cilindro termicamente isolado tem uma de suas extremidades fechadas por um pistão móvel, também isolado, que mantém a pressão constante no interior do cilindro. O cilindro contém uma certa quantidade de um material sólido à temperatura 𝑇𝑖 = −134 °𝐶. Um aquecedor transfere continuamente 3.000 𝑊 de potência para o sistema, levando-o à temperatura final 𝑇𝑓 = 114 °𝐶. O gráfico e a tabela apresentam os diversos processos pelos quais o sistema passa em função do tempo. Processo Intervalo de tempo (𝑠) 𝛥𝑇 (°𝐶) I 0 − 24 20 II 24 − 78 0 III 78 − 328 200 IV 328 − 730 0 V 730 − 760 28 Lista de Exercícios #FísicaFazSentido a) Determine a energia total, 𝐸, fornecida pelo aquecedor desde 𝑇𝑖 = −134 °𝐶 até 𝑇𝑓 = 114 °𝐶. b) Identifique, para esse material, qual dos processos (I, II, III, IV ou V) corresponde à mudança do estado sólido para o estado líquido. c) Sabendo que a quantidade de energia fornecida pelo aquecedor durante a vaporização é 1,2 × 106 𝐽, determine a massa, 𝑀, do material. d) Determine o calor específico a pressão constante, 𝑐𝑝 , desse material no estado líquido. Note e adote: Calor latente de vaporização do material = 800 𝐽/𝑔. Desconsidere as capacidades térmicas do cilindro e do pistão. Lista de Exercícios #FísicaFazSentido Gabarito 1. D Resolução: Em breve 2. D Resolução: Em breve 3. E Resolução: Em breve 4. 01+16=17 Resolução: Em breve 5. B Resolução: Em breve 6. D Resolução: Em breve 7. C Resolução: Em breve 8. B Resolução: Em breve 9. 17.800 cal e 690 g Resolução: Em breve 10. B Resolução: Em breve 11. 70 cal/g Resolução: Em breve 12. D Resolução: Em breve 13. B Resolução: Em breve 14. A Resolução: Em breve 15. a) 20°C; b) 2 m Resolução: Em breve 16. a) 2,28.106 J b) Processo II c) 1,5 kg d) 2500 J/kg.°C Resolução: Em breve
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