Tópicos de Física 2 - Parte 1-088-090

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86 UNIDADE 1 | TERMOLOGIA
Nota:
• Graficamente, a resposta desse exercício 
pode ser dada por:
0
u (ºC)
– 40
Q (cal)
40
80
4 000 8 000
 65. Em um recipiente em que não ocorre troca de 
calor com o meio externo, há 60 g de gelo fun-
dente (0 8C). Colocando-se 100 g de água no 
interior desse recipiente, metade do gelo se fun-
de. Qual é a temperatura inicial da água?
Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g.
 66. Em um calorímetro ideal, misturam-se 200 g de 
gelo a 0 8C com 200 g de água a 40 8C.
Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g.
Determine:
a) a temperatura final de equilíbrio térmico da 
mistura;
b) a massa de gelo que se funde.
 67. (UPM-SP) 
Calor específico da água líquida 5 1 cal/(g 8C) 
Densidade da água líquida 5 1,0 g/cm3
Calor específico da água sólida (gelo) 5 
5 0,50 cal/(g 8C)
Calor latente de fusão da água 5 80 cal/g
Capacidade térmica do recipiente 5 50 cal/8C
Durante a realização de certo experimento, um 
pesquisador necessitou de água líquida a 0 8C. 
Para obtê-la, pegou um recipiente contendo 
400 cm3 de água, que estava no interior de um 
refrigerador, à temperatura de 5 8C. Em seguida, 
dispondo de “pedrinhas” de gelo (água sólida) a 
220 8C, com 5,0 g de massa cada uma, misturou 
algumas delas à água do recipiente e atingiu o 
seu objetivo. Desprezando-se as possíveis trocas 
de calor com o meio ambiente e considerando os 
B
a
n
c
o
 d
e
 i
m
a
g
e
n
s
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
 68. No interior de um calorímetro ideal, são colo-
cados 40 g de água a 40 8C e um bloco de gelo 
de massa 10 g, à temperatura de 220 8C. Qual 
a temperatura final de equilíbrio térmico?
Dados: calor específico do gelo 5 0,50 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g;
calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C.
 Resolução:
Nas questões que envolvam uma mistura de 
água com gelo, podemos utilizar um roteiro 
para facilitar a resolução. Para isso, vamos es-
tabelecer a temperatura de 0 8C como referên-
cia, isto é, vamos levar o sistema (água 1 gelo) 
para 0 8C e, em seguida, saímos dessa tempe-
ratura para o resultado final. É importante lem-
brar que calor cedido (que sai do sistema) é 
negativo, e calor recebido (que entra no sistema) 
é positivo.
Atenção para o roteiro:
1) Resfriar a água até 0 8C
Q1 5 mcDu 5 40 ? 1,0 ? (0 2 40) cal
Q1 5 21 600 cal
O valor de Q1 indica o calor que a água for-
nece para chegar a 0 8C.
2) Aquecer o gelo até 0 8C
Q2 5 mcDu 5 10 ? 0,50 ? [0 2 (220)] cal
Q2 5 1100 cal
O valor de Q2 indica o calor que o gelo re-
cebe para chegar a 0 8C.
Observe que a soma Q1 1 Q2 é igual a 
21 500 cal. Isso quer dizer que a água e o 
gelo estão à temperatura de 0 8C e ainda 
estão sobrando 1 500 cal.
Lembre-se de que o sistema está em um 
calorímetro ideal e, assim, não pode ceder 
calor para o exterior nem receber calor dele.
E.R.
dados da tabela anterior, conclui-se que o número 
mínimo de “pedrinhas” de gelo misturadas à água 
do recipiente foi
a) 4
b) 5
c) 15
d) 36
e) 45
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87TÓPICO 3 | CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE
 71. Em um calorímetro ideal, são colocados 100 g de 
água a 60 8C e 200 g de gelo fundente. Se as tro-
cas de calor ocorrem apenas entre o gelo e a 
água, no final ainda vamos ter gelo? Em caso 
afirmativo, que massa de gelo restará?
Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g.
 72. (Vunesp) Desejando uma segunda opinião, o médico 
legista, após remover o cérebro de um crânio, mediu 
sua massa, que era de 1,6 kg, envolveu-o em um 
saco plástico e em seguida colocou-o em uma caixa 
térmica contendo 2 kg de gelo à temperatura de 
0 8C. A caixa térmica foi então enviada para o segun-
do médico legista, longe dali. Ao recebê-la, o segundo 
médico constatou a presença de 100 g de água no 
interior da caixa, obtidas do derretimento de parte 
do gelo em função do calor cedido pelo cérebro até 
que se estabelecesse o equilíbrio térmico. Conside-
rando que a caixa térmica era ideal e que o ar e o 
plástico não participaram das trocas de calor, a tem-
peratura do cérebro, no momento em que foi colo-
cado dentro da caixa, em graus Celsius, era de:
a) 8,0
b) 5,0
c) 10,0
d) 12,0
e) 3,0
Dados: calor específico do cérebro 5 1 cal/(g 8C);
calor latente de fusão de gelo 5 80 cal/g;
pressão atmosférica 5 1 ? 105 Pa.
 73. Em um recipiente adiabático, de capacidade tér-
mica desprezível, são colocados 400 g de água a 
10 8C e 200 g de gelo a 215 8C. Se após algum 
tempo, estabelecido o equilíbrio térmico, introdu-
zirmos nesse recipiente um termômetro ideal, 
que temperatura ele irá registrar?
Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g.
 74. Quando são misturados 40 g de água a 10 8C e 
360 g de gelo a 230 8C, qual é a temperatura final 
de equilíbrio térmico? Suponha que o gelo e a 
água não troquem calor com o recipiente nem 
com o meio externo.
Dados: calor específico do gelo 5 0,50 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g;
calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C.
3) Derreter o gelo (ou solidificar a água)
Q3 5 mLF 5 10 ? 80 cal
Q3 5 1800 cal
A soma Q1 1 Q2 1 Q3 é igual a 2700 cal 
(observe que o sinal negativo indica calor 
cedido, retirado do sistema). Então, ainda 
sobram 700 cal para retornar.
4) Aquecer toda a água usando a energia que 
sobrou
Se tivesse faltado calor, isto é, se a soma 
de Q1 1 Q2 1 Q3 fosse um valor positivo, 
em vez de aquecer a água deveríamos 
esfriar todo o gelo. Nesse caso, no item 
3, a água teria sido solidificada, liberando 
calor.
Q4 5 mcDu
Atenção: o valor de Q4 é a soma Q1 1 Q2 1 Q3 
com o sinal trocado, pois o calor foi cedido 
(negativo) e agora está “voltando”, sendo 
calor recebido (positivo).
1700 5 (40 1 10) ? 1,0 ? (uf 2 0)
uF 5 14 8C
 69. Em um calorímetro ideal são colocados 200 g 
de gelo fundente (0 8C) com 200 g de água, tam-
bém a 0 8C. Após algum tempo, podemos afir-
mar que:
a) no equilíbrio térmico, vamos ter apenas água 
a 0 8C.
b) o gelo, sempre que entra em contato com a 
água, sofre fusão;
c) no final vamos ter apenas gelo a 0 8C.
d) as massas de água e gelo não se alteram, pois 
ambos estando a 0 8C não haverá troca de ca-
lor entre eles.
e) quando o calor sai da água, provoca sua soli-
dificação; esse calor, no gelo, provoca fusão.
 70. No interior de um vaso de Dewar de capacidade 
térmica desprezível, são colocados 500 g de água 
a 78,4 8C com 100 g de gelo fundente (0 8C). 
No equilíbrio térmico, qual será a temperatura 
do sistema?
Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 8C;
calor latente de fusão do gelo 5 80 cal/g.
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88 UNIDADE 1 | TERMOLOGIA
Bloco 4
10. Liquefação e vaporização
Em nosso dia a dia, é comum observarmos fenômenos que envolvam liquefação 
ou vaporização, principalmente da água.
Lembremo-nos de que:
Liquefação ou condensação é a passagem de uma substância do estado 
gasoso para o estado líquido. Esse processo é exotérmico, isto é, ocorre com 
liberação de calor.
Como exemplos desse tipo de fenômeno, podemos citar os azulejos molhados de 
um banheiro depois que tomamos um banho quente; uma garrafa de refrigerante, 
que fica molhada em sua superfície externa após ter sido retirada da geladeira; a 
“fumaça” que se forma perto de nossa boca quando falamos em um dia muito frio; 
os vidros embaçados de um automóvel quando estão fechados em um dia de chuva.
Por que os copos e jarras “transpiram”?
Quando você coloca um líquido bem gelado em um copo ou jarra de vidro, na face 
externa do recipiente aparecem gotas de água que escorrem. O recipiente que estava 
seco apresenta agora uma “transpiração”. Como isso ocorre?
O ar que respiramos apresenta vapor de água em sua composição, cujo percentual 
é indicado pela umidaderelativa do ar.
Se você pegar uma jarra de vidro seco e colocar água bem gelada em seu interior, 
a parede externa da jarra será resfriada. O ar em contato com essa superfície fria 
perderá calor e o vapor de água nele existente vai se condensar.
Portanto, a água que escorre pela parte externa do recipiente é o vapor que estava no ar e foi condensado.
JÁ PENSOU NISTO?
Vaporização é a passagem de uma substância do estado líquido para o estado 
gasoso. Esse processo é endotérmico, isto é, ocorre com recebimento de calor.
Lembremo-nos ainda de que:
Como exemplos desse fenômeno, podemos lembrar da água fervendo em 
uma chaleira, quando vamos preparar um café; do álcool, que, se for colocado 
em uma superfície, lentamente vai “desaparecendo”; do éter em um recipiente 
de vidro destampado, que se volatiliza rapidamente.
Os dois principais processos de vaporização são a ebulição e a evaporação.
Ebulição
Quando fornecemos calor a uma substância que se encontra no estado líquido, 
aumentamos a energia de agitação de suas partículas, isto é, elevamos sua tem-
peratura. Entretanto, dependendo da substância e da pressão a que está sujeita, 
existe um limite de aumento de temperatura, além do qual a estrutura molecular 
do líquido sofre mudanças. A partir dessa temperatura-limite, a energia recebida 
E
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