Fisica 2 - Ramalho-106-108

Prévia do material em texto

96
U
n
id
a
d
e
 C
 • 
A
 e
n
e
rg
ia
 t
é
rm
ic
a
 e
m
 t
râ
n
si
to
96
R
ep
ro
d
uç
ão
 p
ro
ib
id
a.
 A
rt
.1
84
 d
o 
C
ód
ig
o 
P
en
al
 e
 L
ei
 9
.6
10
 d
e 
19
 d
e 
fe
ve
re
iro
 d
e 
19
98
.
P. 104 (Vunesp) Um recipiente de capacidade térmica desprezível e isolado termicamente contém 25 kg 
de água à temperatura de 30 wC.
a) Determine a massa de água a 65 wC que se deve despejar no recipiente para se obter uma 
mistura em equilíbrio térmico à temperatura de 40 wC.
b) Se, em vez de 40 wC, quiséssemos uma temperatura final de 20 wC, qual seria a massa de gelo 
a 0 wC que deveríamos juntar aos 25 kg de água a 30 wC?
 Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g 3 wC e o calor latente de fusão do gelo igual 
a 320 J/g.
P. 105 (Fuvest-SP) As curvas A e B na figura repre-
sentam a variação da temperatura (J) em 
função do tempo (t) de duas substâncias 
A e B, quando 50 g de cada uma são aque-
cidos separadamente, a partir da tempe-
ratura de 20 wC, na fase sólida, recebendo 
calor numa taxa constante de 20 cal/s.
 Considere agora um experimento em 
que 50 g de cada uma das substâncias 
são colocados em contato térmico num 
recipiente termicamente isolado, com 
a substância A na temperatura inicial 
JA 5 280 wC e a substância B na tempe-
ratura inicial JB 5 20 wC.
a) Determine o valor do calor latente de 
fusão LB da substância B.
b) Determine a temperatura de equilíbrio 
do conjunto no final do experimento.
c) Se a temperatura final corresponder 
à mudança de fase de uma das subs-
tâncias, determine a quantidade dela 
em cada uma das fases.
0 20
θ (°C)
t (s)40 60 80 100 120 140
0
40
80
120
160
200
240
280
320
A
B
P. 106 (Fuvest-SP) Um pesquisador estuda a troca de calor entre um bloco de ferro e certa quantidade de uma 
substância desconhecida, dentro de um calorímetro de capacidade térmica desprezível. Em suces-
sivas experiências, ele coloca no calorímetro a substância desconhecida, sempre no estado sólido, à 
temperatura J0 5 20 wC, e o bloco de ferro, a várias temperaturas iniciais J, medindo em cada caso 
a temperatura final de equilíbrio térmico Je. O gráfico representa o resultado das experiências.
P. 107 (Olimpíada Paulista de Física) Duas estudantes debatiam entusiasticamente sobre o processo de 
formação de gelo em nuvens. A primeira, chamada Lia, dizia: “Sabemos que a água se congela 
à temperatura de 0 wC, assim o gelo nas nuvens tem que se formar a uma temperatura próxima 
desse valor”. A outra aluna, Marceli, tinha uma ideia bastante diferente; ela dizia: “Se dividirmos 
uma quantidade de água em pequenas gotículas, então a água pode super-resfriar-se até 40 wC. 
Assim, o gelo formado nas nuvens pode estar a uma temperatura muito mais baixa que 0 wC”. 
Com qual das duas alunas você concorda? Justifique.
Substância
desconhecida
Bloco
de ferro
Calorímetro
Termômetro
100
θe (°C)
50
200 300 400 500 θ (°C)
100
testes propostos
 A razão das massas do bloco de ferro e da substância desconhecida é 
mf ___ ms
 5 0,8. Considere o valor 
 do calor específico do ferro igual a 0,1 cal/g 3 wC. A partir dessas informações, determine para a 
substância desconhecida:
a) a temperatura de fusão (Jfusão); c) o calor latente de fusão (L).
b) o calor específico (cs) na fase sólida;
V2_P1_UN_C_CAP_05.indd 96 22.08.09 09:20:51
97
C
a
p
ít
u
lo
 5
 • 
M
u
d
a
n
ça
s 
d
e
 f
a
se
97
R
ep
ro
d
uç
ão
 p
ro
ib
id
a.
 A
rt
.1
84
 d
o 
C
ód
ig
o 
P
en
al
 e
 L
ei
 9
.6
10
 d
e 
19
 d
e 
fe
ve
re
iro
 d
e 
19
98
.
P. 108 (Fuvest-SP) Quando água pura (c 5 1 cal/g 3 wC) é cuidadosamente resfriada, nas condições 
normais de pressão, pode permanecer no estado líquido até temperaturas inferiores a 0 wC, 
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 se estabilizar em 0 wC. O calor 
latente de fusão da água é L 5 80 cal/g.
 Considerando um recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, con-
tendo 1 litro de água a 5,6 wC, 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 wC;
b) a temperatura final de equilíbrio do sistema e a quantidade de gelo existente (considerando-se 
o sistema inicial no estado de “superfusão” a 5,6 wC), ao colocar-se, no recipiente, um bloco 
metálico de capacidade térmica C 5 400 cal/wC, na temperatura de 91 wC.
T. 90 (Mackenzie-SP) Durante um trabalho em labora-
tório, dois estudantes resolveram comparar seus 
resultados. O primeiro, A, aqueceu uma massa de 
gelo (água no estado sólido) a partir da temperatura 
de 10 wC e “levou-a” ao estado líquido, até a tem-
peratura de 20 wC. O segundo, B, resfriou uma massa 
de água, igual à do primeiro, a partir da temperatura 
10 wC e “levou-a” ao estado sólido, até a temperatura 
de 20 wC (dados: calor específico do gelo 5 0,500 
cal/g 3 wC; calor específico da água líquida 5 1,000 
cal/g 3 wC; calor latente de fusão do gelo 5 80,0 cal/g). 
A relação entre o valor absoluto da quantidade de 
calor recebida pela primeira massa de água (Q A) e 
o valor absoluto da quantidade de calor perdida 
pela segunda (Q B) é:
a) 
Q A ___ 
Q B
 5 0,05 d) 
Q A ___ 
Q B
 5 1,05
b) 
Q A ___ 
Q B
 5 0,55 e) 
Q A ___ 
Q B
 5 1,5
c) 
Q A ___ 
Q B
 5 0,95
T. 91 (UEMG) Quer-se determinar a quantidade de calor 
que devemos fornecer a 200 g de chumbo para que 
sua temperatura varie de 30 wC para 400 wC. Dados: 
temperatura de fusão do chumbo 5 330 wC; calor 
latente de fusão do chumbo 5 5 cal/g; calor espe-
cífico do chumbo no estado sólido 5 0,03 cal/g 3 wC; 
calor específico do chumbo no estado líquido 5 
5 0,04 cal/g 3 wC. A quantidade total de calor, em 
calorias, no processo será igual a:
a) 3.360 c) 3.000 e) 4.260
b) 2.250 d) 900
T. 92 (Udesc) Uma pequena metalúrgica funde dia-
riamente 0,5 tonelada de alumínio, em 5 etapas 
diferentes, de 100 kg cada. O processo de fusão 
é feito com um forno a gás natural que trabalha 
continuamente. Visando diminuir os custos com 
o consumo de combustível, o encarregado da fun-
di ção precisa calcular a energia necessária para 
fundir os 100 kg de alumínio e medir a energia 
con sumida, por meio de um instrumento próprio. 
Na tabela mostrada a seguir foi anotada a energia 
consumida nesse processo de fusão.
testes propostos
Massa de alumínio (kg)
Energia consumida 
(# 106 J)
100 122
100 120
100 121
100 122
100 120
 Sabendo que o calor específico do alumínio é de 
900 J/kg 3 K, que o calor latente de fusão é igual 
a 400 3 103 J/kg e que a temperatura de fusão do 
alumínio é 660 wC, calcule o percentual de perda 
de energia do forno. Considere que a temperatura 
ambiente é igual a 25 wC.
a) 100% c) 24% e) 5%
b) 120% d) 20%
T. 93 (Mackenzie-SP) A quantidade de calor que um bloco 
de gelo (água no estado sólido), inicialmente a 40 wC, 
recebe para chegar a ser vapor a 120 wC é dada pelo 
gráfico abaixo.
 (Dados: L f gelo 
 5 80 cal/g; L v água 
 5 540 cal/g;
 cgelo 5 cvapor 5 0,50 cal/g 3 wC;
 cágua líquida 5 1,0 cal/g 3 wC)
 A massa desse gelo é:
a) 1,0 g c) 1,0 3 102 g e) 10 kg
b) 10 g d) 1,0 kg
θ (°C)
Q (kcal)0
120
750
100
– 40
V2_P1_UN_C_CAP_05.indd 97 22.08.09 09:20:52
98
U
n
id
a
d
e
 C
 • 
A
 e
n
e
rg
ia
 t
é
rm
ic
a
 e
m
 t
râ
n
si
to
98
R
ep
ro
d
uç
ão
 p
ro
ib
id
a.
 A
rt
.1
84
 d
o 
C
ód
ig
o 
P
en
al
 e
 L
ei
 9
.6
10
 d
e 
19
 d
e 
fe
ve
re
iro
 d
e 
19
98
.
 Sabendo que a substância em questão é uma das 
apresentadas na tabela, o intervalo de tempo St é, 
em minutos, um valor:
a) acima de 130. d) entre 20 e 70.
b) entre 100 e 130. e) menor do que 20.
c) entre 70 e 100.
T. 97 (UFMG) Júlia coloca uma esfera de cobre e uma 
de alumínio, ambas de mesma massa e à mesma 
temperatura, sobre um bloco de gelo. Após um certo 
tempo, ela observa que essas esferaspermanecem em 
equilíbrio nas posições indicadas na figura a seguir:
T. 98 (Unifor-CE) Num calorímetro, de capacidade tér-
mica 70 cal/wC, contendo 100 g de água a 20 wC, 
são colocados 100 g de gelo a 220 wC (dados: calor 
específico da água 5 1,0 cal/g 3 wC; calor específico 
do gelo 5 0,50 cal/g 3 wC; calor latente de fusão do 
gelo 5 80 cal/g). Quando atingido o equilíbrio, no 
interior do calorímetro, tem-se:
a) só gelo a 0 wC.
b) só água a 0 wC.
c) 130 g de água e 70 g de gelo a 0 wC.
d) 150 g de água e 50 g de gelo a 0 wC.
e) 170 g de água e 30 g de gelo a 0 wC.
T. 99 (ITA-SP) 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 wC, verificando-se 
um aumento de 64 g na massa desse bloco, uma vez 
alcançado o equilíbrio térmico. Considere o calor 
específico da água (c 5 1,0 cal/g 3 wC) 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) 2191,4 wC c) 234,5 wC e) 214,1 wC
b) 248,6 wC d) 224,3 wC
 Todas as dimensões estão representadas em escala 
na figura. Sejam dCu e dAc as densidades e cCu e cAc os 
calores específicos, respectivamente, do cobre e do 
alumínio. Com base nessas informações, é correto 
afirmar que:
a) dCu , dAc e cCu . cAc c) dCu , dAc e cCu , cAc 
b) dCu . dAc e cCu , cAc d) dCu . dAc e cCu . cAc
T. 100 (Unifesp) Sobrefusão é o fenômeno em que um 
líquido permanece nesse estado a uma tempe-
ratura inferior à de solidificação, para a corres-
pondente pressão. Esse fenômeno pode ocorrer 
quando um líquido cede calor lentamente, sem 
que sofra agitação. Agitado, parte do líquido so-
lidifica, liberando calor para o restante, até que o 
equilíbrio térmico seja atingido à temperatura de 
solidificação para a respectiva pressão. Conside-
re uma massa de 100 g de água em sobrefusão à 
temperatura de 210 wC e pressão de 1 atm, o calor 
específico da água de 1 cal/g 3 wC e o calor latente 
de solidificação da água de 280 cal/g. A massa 
de água que sofrerá solidificação se o líquido for 
agitado será:
a) 8,7 g c) 12,5 g e) 60,3 g
b) 10,0 g d) 50,0 g
Gelo
Aº
Cu
T. 101 (ITA-SP) Um corpo indeformável em repouso é 
atingido por um projétil metálico com a velocidade 
de 300 m/s e à temperatura de 0 wC. Sabe-se que, 
 devido ao impacto, 1 __ 
3
 da energia cinética é absor-
 vida pelo corpo e o restante transforma-se em 
calor, fundindo parcialmente o projétil. O metal 
tem ponto de fusão Tf 5 300 wC, calor específico 
c 5 0,02 cal/g 3 wC e calor latente de fusão Lf 5 6 cal/g. 
Considerando 1 cal 7 4 J, a fração x da massa total 
do projétil metálico que se funde é tal que:
a) x , 0,25 d) x 5 0,5
b) x 5 0,25 e) x . 0,5
c) 0,25 , x , 0,5
T. 94 (PUC-SP) O gráfico representa um trecho, fora de 
escala, da curva de aquecimento de 200 g de uma 
substância, aquecida por uma fonte de fluxo cons-
tante e igual a 232 cal/min.
0
20
Temperatura
de ebulição
Tempo de 
aquecimento (min)
Temperatura (°C)
3020
∆t
40
Substância
Calor específico
no estado líquido
(cal/g 3 wC)
Calor latente
de ebulição
(cal/g)
Água 1,00 540
Acetona 0,52 120
Ácido acético 0,49 94
Álcool etílico 0,58 160
Benzeno 0,43 98
T. 96 (UCPel-RS) Um calorímetro cuja capacidade térmica 
é igual a 20 cal/wC contém 300 g de água. A tem-
peratura do sistema calorímetro-água é de 40 wC, 
inicialmente. Adicionando-se à água 500 g de gelo 
fundente (0 wC), qual será a massa de gelo derretida 
até o estabelecimento do equilíbrio térmico?
 (Dados: calor específico da água 5 1,0 cal/g 3 wC; 
calor de fusão do gelo 5 80 cal/g)
a) 500 g b) 300 g c) 340 g d) 150 g e) 160 g
T. 95 (Mackenzie-SP) No interior de um calorímetro de 
capacidade térmica desprezível, que contém óleo 
(c 5 0,3 cal/g 3 wC) a 30 wC, colocamos uma pedra de 
gelo (calor latente de fusão 5 80 cal/g) de 40 g a 0 wC. 
A massa de água (calor específico 5 1 cal/g 3 wC) a 
70 wC 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
V2_P1_UN_C_CAP_05.indd 98 22.08.09 11:10:56