Física - Livro 1-325-328

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Estime:
a) A massa de gelo-seco, Mgelo, em kg, que o roqueiro
tem de comprar, para que, no início do show, ainda
restem os 2 kg necessários em sua “geladeira”.
b) A massa de água, Mágua, em kg, que se transforma em
“névoa” com a sublimação de todo o CO2, supondo
que o gás, ao deixar a água, esteja em CNTP, incorpo-
rando 0,01 g de água por cm3 de gás formado.
Note e adote:
Sublimação: passagem do estado sólido para o gasoso.
Temperatura de sublimação do gelo-seco = −80 °C.
Calor latente de sublimação do gelo-seco = 648 J/g.
Para um gás ideal, PV = nRT.
Volume de 1 mol de um gás em CNTP = 22,4 litros.
Massa de 1 mol de CO2 = 44 g.
Suponha que o gelo-seco seja adquirido a −80 °C.
13 UFMS (Adapt.) Uma cozinheira resolve ferver água em
uma panela de pressão, para atingir maior temperatu-
ra que em panelas abertas. Para isso, coloca água no
seu interior, onde todo o sistema, panela e água, está
em equilíbrio térmico com o ambiente na temperatura
TA e pressão atmosférica PA. Em seguida, fecha a pa-
nela e coloca-a sobre a chama de um fogão. A água,
no interior da panela, vai aumentando a pressão e a
temperatura e, após um certo tempo entra em ebuli-
ção liberando vapor para o ambiente pela válvula.
As guras abaixo representam diagramas da pressão
P × temperatura T da água, onde as linhas vermelhas
denem as regiões de temperatura e pressão em que
a água pode se apresentar em cada um dos possíveis
estados: sólido (S), líquido (L) e vapor (V). Já as linhas
pretas (com indicação de sentido) representam pro-
cessos termodinâmicos.
Assinale qual dos diagramas representa corretamente
o processo termodinâmico que a água, no interior da
panela, sofreu desde o instante em que começou a
ser aquecida, quando estava à temperatura TA e Pres-
são PA, até o momento em que entra em ebulição à
temperatura TB e Pressão PB.
A
P
(S) (L)
(V)
P
A
 = P
L
T
A
T
B
T
 P
(S) (L)
(V)
P
B
P
A
T
A
T
B
T
C P
(S) (L)
(V)
P
B
P
A
T
A
T
B
T
 P
(S) (L)
(V)
P
B
P
A
T
A
T
B
T
 P
(S) (L)
(V)
P
B
P
A
T
A
T
B
T
14 Acafe 2017 Um rapaz colocou no congelador um saco
plástico com 1 litro de água. Após certo tempo, reti-
rou o saco com a água congelada e colocou sobre a
mesa. Considere o fluxo médio de calor entre a água
e o ambiente de 500 cal/s na pressão de 1 atm e que
após 225 s a água chegou ao equilíbrio térmico com o
ambiente, que tinha uma temperatura de 30 °C
Dados:
cgelo = 0,5 cal/g·°C, clíq. = 1 cal/g·°C e Lfusão = 80 cal/g.
Com base no exposto, marque com V as armações
verdadeiras e com F as falsas.
J A água congelada demora 160 s para fundir.
J A água congelada estava, inicialmente quando co-
locada na mesa, com temperatura de 0°C.
J O calor total recebido pela água em 225 segundos
foi de 112,5 · 10³ cal.
J O calor recebido pela água líquida para aquecer
até 30 °C é 30   000 cal.
A sequência correta é:
A V – F – V – V
 V – F – V – F
C F – F – V – F
 F – V – V – V
15 Unicamp Misturam-se 200 g de água a 20 °C com
800g de gelo a 0°C. Admita que há troca de calor
apenas entre a água e o gelo.
a) Qual será a temperatura final da mistura?
b) Qual será a massa final de líquido?
Dados: cágua = 1 cal/g⋅°C; Lfusão = 80 cal/g.
FÍSICA Capítulo 4 Mudança de estado326
16 PUC-Campinas Quando você passa álcool na pele, sente
que ela esfria naquele local. Isso se deve ao fato de que:
A o álcool é normalmente mais frio que a pele.
 o álcool é normalmente mais frio que o ar.
C o álcool absorve calor da pele para evaporar-se.
 o ar na pele é que dá a sensação de frio.
 o álcool tem propriedades químicas que são as res-
ponsáveis.
17 IFSul 2015 Em um calorímetro ideal, misturam-se cer-
ta massa de água no estado sólido (gelo) com certa
massa de água no estado líquido. O comportamento
da Temperatura (T) em função da Quantidade de Ca-
lor (Q) para essa mistura é representado no gráfico
ao lado. Sabe-se que esse conjunto está submetido
à pressão de 1atm, que o Calor Latente de Fusão do
gelo é LF = 80 cal/g, que o Calor Específico do Gelo
é cgelo = 0,5 cal/g·°C e que o Calor Específico da água é
cágua = 1 cal/g·°C.
Qual é a massa de água no estado líquido no equilí-
brio térmico?
A 50 g  100 g C 150 g  300 g
18 Vunesp Um recipiente de capacidade térmica despre-
zível 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 temperatu-
ra 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 especíco da água igual a 4,0 J/g⋅°C
e o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g.
19 UFMS 2019 O tereré, bebida típica de Mato Grosso do
Sul, é uma tradição em qualquer roda de amigos, sen-
do sempre servido bem gelado. Para o seu preparo, é
utilizada uma garrafa térmica de capacidade térmica
C = 50 cal/°C, com 3,0L de água a 10°C e 0,3kg de gelo
a 0°C. Após algum tempo, a água atinge o equilíbrio tér-
mico, sendo colocada na guampa com a erva e a bomba
para o tereré ser servido. Considere que não houve tro-
ca de calor do interior da garrafa com o meio externo,
com a erva e com a guampa. Quando alguém vai tomar
o tereré, a temperatura da água é de aproximadamente:
Dados: densidade da água dágua = 1,0 g/cm³,
calor específico da água cágua = 1,0 cal/g·°C,
calor latente de fusão do gelo Lfusão = 80 cal/g).
A 2,2 °C
 2,1 °C
C 2,0 °C
 1,8 °C
 0 °C
20 AFA Uma barra de gelo de 100 g de massa a –20 °C
é colocada num recipiente com 15 g de água líquida
a 10 °C. Sabe-se que o calor específico do gelo vale
0,55 cal/g⋅°C e o calor específico da água, 1,0 cal/
g⋅°C. Qual a temperatura final de equilíbrio?
21 PUC-SP O gráfico seguinte representa um trecho, fora
de escala, da curva de aquecimento de 200 g de uma
substância, aquecida por uma fonte de fluxo constan-
te e igual a 232 cal/min.
200
20
40
Temperatura
de ebulição
Tempo de
aquecimento
(min)
Temperatura(°C)
30
Δt
Sabendo que a substância em questão é uma das
apresentadas na tabela, o intervalo de tempo Dt em
minutos, é um valor:
Substância
Calor específico
no estado líquido
(cal/g⋅°C)
Calor latente de
ebulição
(cal/g)
Água 1,0 540
Acetona 0,52 120
Acido acético 0,49 94
Álcool etílico 0,58 160
Benzeno 0,43 98
A acima de 130.
 entre 100 e 130.
C entre 70 e 100.
 entre 20 e 70.
 menor do que 20.
22 Unesp Segundo a ONU, a temperatura média do plane-
ta subirá entre 1,8 °C e 4 °C até 2100, provocando um
aumento do nível dos oceanos de 18 a 59 cm, devendo
ocorrer inundações e ondas de calor mais frequentes,
além de ciclones mais violentos durante mais de um
milênio. Tomando como hipótese uma variação média
do nível dos oceanos de 40 cm, o volume de água
acrescido é cerca de 1,5 · 1014 m3. Com esses dados e
sabendo ainda que a densidade da água é 1000 kg/m
3
e o calor de fusão do gelo é 333 kJ/kg, calcule a quan-
tidade de calor capaz de derreter uma massa de gelo,
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a 0 °C, que corresponda àquele volume de água. Em
seguida, estime a quantidade de calor necessária a fim
de provocar uma variação de 17 °C na massa de água
derretida (cágua = 4,0 · 10
3 J/(kg·°C)). Suponha despre-
zível a dilatação térmica na água líquida inicialmente
presente nos oceanos.
23 Enem Além de ser capaz de gerar eletricidade, a
energia solar é usada para muitas outras finalidades.
A figura a seguir mostra o uso da energia solar para
dessalinizar a água. Nela, um tanque contendo água
salgada é coberto por um plástico transparente e tem
a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra,
sob a qual se coloca um recipiente (copo). A água eva-
porada se condensa no plástico e escorre até o ponto
mais baixo, caindo dentro do copo.
Cobertura de plástico Pedra
Tira de borracha
Água salgada
Hinrichs, R. A.; Kleinbach, M. Energia e meio ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (Adapt.).
Nesse processo, a energiasolar cedida à água salgada:
A fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a,
assim, altamente energizada.
 fica armazenada na forma de energia potencial gra-
vitacional contida na água doce.
C é usada para provocar a reação química que trans-
forma a água salgada em água doce.
 é cedida ao ambiente externo através do plástico,
onde ocorre a condensação do vapor.
 é reemitida como calor para fora do tanque, no pro-
cesso de evaporação da água salgada.
24 Enem A Terra é cercada pelo vácuo espacial e, assim,
ela só perde energia ao irradiá-la para o espaço.
O aquecimento global que se verica hoje decorre de
pequeno desequilíbrio energético, de cerca de 0,3%,
entre a energia que a Terra recebe do Sol e a energia
irradiada a cada segundo, algo em torno de 1 W/m2.
Isso signica que a Terra acumula, anualmente, cerca
de 1,6 · 1022 J.
Considere que a energia necessária para transformar
1 kg de gelo a 0 °C em agua líquida seja igual a 3,2 · 105 J.
Se toda a energia acumulada anualmente fosse usada
para derreter o gelo nos polos (a 0 °C), a quantidade de
gelo derretida anualmente, em trilhões de toneladas,
estaria entre:
A 20 e 40.
 40 e 60.
C 60 e 80.
 80 e 100.
 100 e 120.
25 UFMG Considere a experiência que se descreve ao
lado, realizada pelo Professor Márcio: inicialmente,
ele coloca um copo cheio de água, à temperatura am-
biente e prestes a transbordar, sobre um prato vazio,
como mostrado na figura a seguir.
Em seguida, lentamente, ele abaixa um bloco de 18 g
de gelo sobre a água, até que ele alcance o equilíbrio
mecânico.
Considere que a densidade do gelo e a da água são
constantes e valem, respectivamente, 0,90 g/cm3 e
1,0 g/cm3.
A partir dessas informações, determine:
I. a massa de água que transborda do copo para
o prato, antes que o gelo inicie seu processo de
fusão. Justique sua resposta.
II. a massa de água no prato, após a fusão completa
do gelo. Justique sua resposta.
26 UFMG Em uma aula no Laboratório de Física, o Profes-
sor Jésus realiza o experimento que se descreve a
seguir Inicialmente, ele imerge um aquecedor elétrico
em 1,0 kg de água, à temperatura de 23 °C, contida
num recipiente de isopor.
Em seguida, o recipiente é tampado e o aquecedor é
ligado, até a temperatura da água atingir 45 °C.
Considere que a tensão e a corrente elétricas, no
aquecedor, são, respectivamente, de 220 V e de 1,0 A.
Despreze a capacidade térmica do recipiente e a do
aquecedor.
1. Com base nessas informações, calcule o tempo
que o aquecedor ficou ligado.
2. Em seguida, o Professor Jésus coloca 0,60 kg de
gelo, a 0,0 °C, na água contida no recipiente, tam-
pa-o novamente, e espera até a temperatura dela
se estabilizar.
Sabe-se que o calor latente de fusão do gelo é de
3,3 · 105 J/kg.
Considerando essas informações, calcule a tempera-
tura da água no nal desse experimento.
FÍSICA Capítulo 4 Mudança de estado328
Texto para as questões 27 e 28.
Uma criança que gostava muito de brigadeiro de-
cidiu fazer este doce, e para isso começou a separar os
ingredientes e utensílios. Inicialmente pegou a lata de
leite condensado, o chocolate em pó e a margarina, de-
pois uma panela e colher de aço e um abridor de latas.
A criança fez um furo na lata, a fim de fazer escoar para
a panela o leite condensado. Sua mãe, ao ver aquela
atitude, sugeriu que o filho fizesse outro furo, na lata,
pois assim ele conseguiria retirar aquele líquido com mais
facilidade. Ao levar a panela ao fogo para mexer o bri-
gadeiro, a criança sentiu que, depois de alguns minutos,
o cabo da colher tinha se aquecido e reclamou: “Mãe,
a colher está queimando a minha mão”. Então, sua mãe
pediu que ele fizesse uso de uma colher de pau, para
evitar uma queimadura.
27 UEPB Diante do episódio apresentado, quem está cor-
reta em relação ao furo na lata é:
A a criança, pois, com apenas um furo na lata, a pressão
atmosférica não impede a saída do leite condensado.
b a criança, pois, com apenas um furo na lata, a pres-
são que o leite condensado exerce sobre o orifício
é maior que a pressão atmosférica.
C a mãe, pois, com dois furos, a pressão atmosférica
impede a saída do leite condensado.
d a mãe, pois, com dois furos, o ar pode entrar na
lata, por um deles. Assim a pressão do ar é a mes-
ma no interior da lata e o leite condensado escoa
facilmente.
e a mãe, pois, com dois furos, o ar não entra na
lata, o que permitirá que o leite condensado es-
coe facilmente.
28 UEPB Sobre o aquecimento da colher evidenciado na
reclamação da criança de que sua mão estava quei-
mando, podemos afirmar que:
A com a colher de pau, que é um excelente isolante
térmico, esta aquece-se mais rápido que a colher
de aço.
b acontece porque as partículas que constituem a
colher criam correntes de convecção, aquecendo-
-a por inteiro, de uma extremidade à outra.
C devido a irradiação a colher se aquece por inteiro,
de uma extremidade à outra.
d com a colher de pau, que é um excelente condutor
térmico, esta aquece-se mais rápido que a colher
de aço.
e acontece porque as partículas que constituem a
colher passam a conduzir de uma extremidade
a outra o calor ali absorvido.
29 Fuvest 2018 Furacões são sistemas físicos que libe-
ram 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 unida-
de de tempo envolvida no processo de condensação
do vapor em água da chuva é, aproximadamente,
A 3,8 × 10
15
 W.
b 4,6 × 10
14
 W.
C 2,1 × 10
13
 W.
d 1,2 × 10
12
 W.
e 1,1 × 10
11
 W.
Note e adote:
π = 3.
Calor latente de vaporização da água: 2 × 10
6
 J/kg.
Densidade da água: 10
3
 kg/m
3
.
1 dia = 8,6 × 10
4
 s
30 Enem (Não aplicado) O mar de Aral, um lago de água
salgada localizado na antiga União Soviética, tem sido
explorado por um projeto de transferência de água em
larga escala desde 1960. Por meio de um canal com mais
de 1 300 Km, enormes quantidades de água foram des-
viadas do lago para a irrigação de plantações de arroz e
algodão. Aliado às altas taxas de evaporação e às fortes
secas da região, o projeto causou um grande desastre eco-
lógico e econômico, e trouxe muitos problemas de saúde
para a população. A salinidade do lago triplicou, sua área
superficial diminuiu 58% e seu volume, 83%. Cerca de
85% das áreas úmidas da região foram eliminadas e quase
metade das espécies locais de aves e mamíferos desapare-
ceu. Além disso, uma grande área, que antes era o fundo
do lago, foi transformada em um deserto coberto de sal
branco e brilhante, visível em imagens de satélite.
Miller JR.GT. Ciência Ambiental. São Paulo: Editora Thomsom, 2007. (Adapt.).
Suponha que tenha sido observada, em uma vila rural
localizada a 100 km de distância do mar de Aral, al-
guns anos depois de implantação do projeto descrito,
signicativa diminuição da produtividade das lavouras,
aumento da salinidade das águas e problemas de saú-
de em sua população. Esses sintomas podem ser efeito:
A da perda da biodiversidade da região.
b da seca dos rios da região sob influência do projeto.
C da perda de áreas úmidas nos arredores do mar
de Aral.
d do sal trazido pelo vento, do mar de Aral para a
vila rural.
e dos herbicidas utilizados nas lavouras de arroz e
algodão do projeto.
31 Uma esfera metálica de 200 g de massa é abando-
nada do repouso, de uma altura H, sobre um grande
bloco de gelo 0 °C. Desprezam-se influências do ar e
supõe-se que toda a energia mecânica existente na
esfera transforma-se em energia térmica e é absorvi-
da pelo gelo, sem, no entanto, alterar a temperatura
do metal. Qual deve ser a altura H, para que 1 g de
gelo sofra fusão?
Dados: Lfusão = 80 cal/g; g = 10 m/s
2
; 1 cal = 4,2 J.