Questoes fisica 157-159

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<p>56</p><p>São dados m � 600 g, P � 100 cal/min, �� � 40 °C, �t �</p><p>� 10min.</p><p>O calor liberado é:</p><p>Q � P�t ⇒ Q � 100 � 10 ⇒ Q � 1000 cal</p><p>O calor específico é:</p><p>Q � mc�� ⇒ 1000 � 500c � 40 ⇒ c � 0,05 cal/g � °C</p><p>A capacidade térmica é:</p><p>C � 500 � 0,05 ⇒ C � 25 cal/°C</p><p>Resposta: alternativa e.</p><p>São dados:</p><p>água metal</p><p>O calor que a fonte fornece à água é:</p><p>Qa � maca��a ⇒ Qa � 100 � 1 � 30 ⇒ Qa � 3 000 cal</p><p>Portanto, a potência da fonte será:</p><p>P � ⇒ P � ⇒ P � 1000 cal/min</p><p>Para aquecer o metal, a fonte gasta 0,75min:</p><p>Qm � P�tm ⇒ Qm � 1000 � 0,75 ⇒ Qm � 750 cal</p><p>Então, para o calor específico do metal, temos:</p><p>Qm � mmcm��m ⇒ 750 � 250c � 15 ⇒ c � 0,20 cal/g � °C</p><p>Resposta: alternativa d.</p><p>a) O calor liberado pelos 10 g de gás é:</p><p>Q � 10 � 1,1 � 104 ⇒ Q � 1,1 � 105 cal</p><p>Sendo �t � 25 °C e c � 1 cal/g � °C, temos:</p><p>Q � mc�t ⇒ 1,1 � 105 � m � 1 � 25 ⇒ m � 4 400 g</p><p>b) O calor específico do metal é menor que o da água, pois a</p><p>mesma quantidade de calor provocou uma variação 20 vezes</p><p>maior na temperatura do metal.</p><p>Temos:</p><p>Da expressão Q � mc�t e como as quantidades de calor for-</p><p>necidas à areia e à água foram iguais, podemos escrever:</p><p>Qágua � Qareia ⇒ � ⇒</p><p>⇒ 1,00 � 6 � careia � 50 ⇒ c � 0,12 cal/g � °C</p><p>Dados tfinal � 38 °C; tambiente � 32 °C.</p><p>a) Baseia-se na Lei Zero da Termodinâmica (equilíbrio térmico).</p><p>b) Vamos admitir:</p><p>Da expressão Q � mc�t, temos:</p><p>Qágua fervente � Qágua ambiente ⇒</p><p>⇒ � � 0 ⇒ m � 0,97 kg</p><p>Logo, V � 1,0 L.</p><p>a) A capacidade térmica de um corpo é C � Tomando os</p><p>pontos QA � 300 J e tA � 40 °C, temos:</p><p>CA � ⇒ CA � 7,5 J/°C</p><p>Tomando os pontos QB � 250 J e tB � 50 °C, temos:</p><p>CB � ⇒ CB � 5 J/°C</p><p>b) Como C � mc e cB � 2cA, podemos escrever:</p><p>CA � mAcA</p><p>CB � mBcB ⇒ CB � mB � 2cA</p><p>Fazendo a razão temos:</p><p>� ⇒ �</p><p>Mas:</p><p>� ⇒ � 1,5</p><p>Logo:</p><p>� 1,5 ⇒ � 3,0</p><p>ma 100 g�</p><p>��a 30 °C�</p><p>�ta 3,0min�</p><p>mm 250 g�</p><p>��m 15 °C�</p><p>�tm 45s 0,75min� �</p><p>Qa</p><p>�ta</p><p>----------- 3 000</p><p>3,0</p><p>---------------</p><p>�tareia 50 °C�</p><p>�tágua 6 °C�</p><p>mareia mágua�</p><p>Qareia Qágua�</p><p>cágua 1,00 cal/g °C��</p><p>máguacágua�tágua mareiacareia�tareia</p><p>dágua 1,0 kg/L ⇒ d m</p><p>V</p><p>------ ⇒ m 10 kg� � �</p><p>tágua fervente 100 °C� (temperatura de ebulição da</p><p>água ao nível do mar)</p><p>mc(38 100)� 10c(38 32)�</p><p>Q</p><p>�t</p><p>--------- .</p><p>300</p><p>40</p><p>-----------</p><p>250</p><p>50</p><p>-----------</p><p>CA</p><p>CB</p><p>-------- ,</p><p>CA</p><p>CB</p><p>--------</p><p>mAcA</p><p>mB 2cA �</p><p>----------------------</p><p>CA</p><p>CB</p><p>--------</p><p>mA</p><p>mB 2 �</p><p>-----------------</p><p>CA</p><p>CB</p><p>-------- 7,5</p><p>5</p><p>----------</p><p>CA</p><p>CB</p><p>--------</p><p>mA</p><p>mB 2�</p><p>-----------------</p><p>mA</p><p>mB</p><p>---------</p><p>357.</p><p>356.</p><p>355.</p><p>354.</p><p>353.</p><p>352.</p><p>57</p><p>Sendo Qcalorím., Qágua, Qalumínio e Qamb . as quantidades de calor</p><p>trocadas respectivamente pelo calorímetro, a água no seu inte-</p><p>rior, o bloco de alumínio e o ambiente, temos:</p><p>Qcalorím. � Qágua � Qalumínio � Qamb. � 0 ⇒</p><p>⇒ � 0 ⇒</p><p>⇒ 10(28 � 20) � 150 � 1(28 � 20) � 100 � 0,2(28 � 100) �</p><p>� Qamb. � 0 ⇒ Qamb. � 160 cal</p><p>Logo, o sistema perde 160 cal para o ambiente.</p><p>Resposta: alternativa c.</p><p>Como a capacidade térmica não é uma constante de uma subs-</p><p>tância, mas de um corpo, o óleo e a água em quantidades dife-</p><p>rentes podem ter a mesma capacidade térmica, produto da</p><p>massa de cada corpo (óleo ou água) pelo respectivo calor espe-</p><p>cífico.</p><p>Resposta: alternativa a.</p><p>Sendo d � então m � dV. Da expressão Q � mc�t, sen-</p><p>do m � dV, vem:</p><p>� � 0 ⇒ dVgc�tg � dVpc�tp � 0 ⇒</p><p>⇒ d � 1(60 � 0) � dVP(60 � 80) � 0 ⇒</p><p>⇒ 1 � 60 � VP(�20) � 0 ⇒ VP � 3 L</p><p>Resposta: alternativa b.</p><p>A variação de temperatura é �t � 39 � 37 � 2 °C.</p><p>Sendo m � 80 kg � 8 � 104 g e admitindo o calor específico do</p><p>homem igual ao da água, vem:</p><p>Q � mc�t ⇒ Q � 8 � 104 � 1 � 2 ⇒ Q � 1,6 � 105 cal</p><p>A potência dissipada pelo motorista é P � portanto, o ca-</p><p>lor que ele cede ao ar é Qm � P�t, em que �t é o tempo trans-</p><p>corrido. O calor recebido pelo ar é Qar � mc��. Supondo que</p><p>todo calor absorvido pelo ar é cedido pelo motorista e que não</p><p>haja perdas para o ambiente, temos:</p><p>Qm � Qar ⇒ P�t � mc�� ⇒ 120�t � 2,6 � 720(37 � 2,4) ⇒</p><p>⇒ �t � 540s</p><p>Resposta: alternativa a.</p><p>A variação de temperatura sofrida pelo disco de chumbo pode</p><p>ser determinada pela expressão Q � mcPb�t, sendo m � 100 g,</p><p>cPb � 3 � 10�2 cal/g � °C e Q � 30 cal. Logo:</p><p>30 � 10 � 3 � 10�2�t ⇒ �t � 10 °C</p><p>A variação na área do disco pode ser obtida a partir da equação</p><p>�S � S0��t, sendo � � 2�Pb � 6 � 10�5 °C�1 e �t � 10 °C.</p><p>Logo:</p><p>� 6 � 10�5 � 10 ⇒ � 6 � 10�4 ⇒</p><p>⇒ � 0,0006 ⇒ � 0,06%</p><p>Resposta: alternativa a.</p><p>O intervalo de tempo �t em cada situação será:</p><p>I) Vazão � 4 � 10�5 m3/s</p><p>Volume desejado � 40 L � 40 � 10�3 m3 � 4 � 10�2 m3</p><p>Sendo a vazão � constante, podemos obter o</p><p>tempo, �t, pela razão:</p><p>�t � ⇒ �t � ⇒ �t � 1000s</p><p>II) Potência: P � 4 200 W � 4 200 J/s � 1000 cal/s</p><p>A quantidade de calor necessária para aquecer 40 L de</p><p>água (m � 40 000 g) de 20 °C a 50 °C é:</p><p>Q � mc�� ⇒ Q � 40 000 � 1(50 � 20) ⇒ Q � 12 � 105 cal</p><p>Sendo P � o tempo necessário para aquecer a água</p><p>será:</p><p>�t � ⇒ �t � ⇒ �t � 1200s</p><p>III) Tomando-se metade do volume relativo à opção I e metade</p><p>do relativo à opção II, o intervalo de tempo total será a</p><p>soma das duas metades dos intervalos de tempo de cada</p><p>caso. Assim:</p><p>�tIII � � ⇒ �tIII � � ⇒</p><p>⇒ �tIII � 1100s</p><p>Analisando as três opções, podemos concluir que a opção</p><p>I proporcionará a água desejada no menor intervalo de</p><p>tempo.</p><p>Resposta: alternativa a.</p><p>c�t maca�t mAlcAl�t Qamb.� � �</p><p>calorím. água alumínio</p><p>m</p><p>V</p><p>------ ,</p><p>QAgelada</p><p>QApanela</p><p>Q</p><p>�t</p><p>--------- ,</p><p>�S</p><p>S0</p><p>---------- �S</p><p>S0</p><p>----------</p><p>�S</p><p>S0</p><p>---------- �S</p><p>S0</p><p>----------</p><p>volume</p><p>tempo</p><p>------------------- ,</p><p>volume</p><p>vazão</p><p>------------------- 4 10�2�</p><p>4 10�5 �</p><p>---------------------</p><p>Q</p><p>�t</p><p>--------- ,</p><p>Q</p><p>P</p><p>------ 12 105 �</p><p>103--------------------</p><p>�tI</p><p>2</p><p>----------</p><p>�tI I</p><p>2</p><p>----------- 1 000</p><p>2</p><p>--------------- 1 200</p><p>2</p><p>---------------</p><p>todo calor absorvido pelo ar seja cedido pelo motorista e que</p><p>não haja perdas para o ambiente, temos:</p><p>364.</p><p>363.</p><p>362.</p><p>361.</p><p>360.</p><p>359.</p><p>358.</p><p>58</p><p>a) Falsa, pois se toda a energia se transforma em calor, a ener-</p><p>gia cinética do corpo não aumenta. Ele desce com velocida-</p><p>de constante.</p><p>b) Verdadeira, pelo Princípio da Conservação da Energia.</p><p>c) Verdadeira, como comentamos no item a.</p><p>d) Verdadeira. Se toda a energia produz aquecimento, a energia</p><p>mecânica inicial, E � mgh, é igual ao calor fornecido à água,</p><p>Q � Mc��. Logo:</p><p>E � Q ⇒ �� �</p><p>e) Verdadeira, pois a água muda de estado.</p><p>O texto e a figura que representa a estrutura cristalina do gelo</p><p>referem-se à dilatação anômala da água, que tem seu volume</p><p>diminuído ao passar da fase sólida para a fase líquida; a 0 °C</p><p>sob pressão normal; e continua a se contrair, mesmo enquanto</p><p>sua temperatura sobe de 0 °C para 4 °C.</p><p>Resposta: alternativa c.</p><p>O sistema recebe calor QI para a fusão do gelo e QII para o</p><p>aquecimento da água. Temos, portanto:</p><p>QT � QI � QII ⇒ QT � mLf � mc�t ⇒</p><p>⇒ QT � 10 � 334,4 � 10 � 4,18 � 20 ⇒ QT � 4,18 kJ</p><p>Resposta: alternativa c.</p><p>O patamar no gráfico fornece a quantidade de calor absorvida</p><p>durante a fusão:</p><p>Qf � 4 000 � 2 000 ⇒ Qf � 2000 J</p><p>Da expressão Qf � mLf, temos:</p><p>Lf � ⇒ Lf � 100 J/g</p><p>Resposta: alternativa d.</p><p>a) Entre t1 e t2; primeiro patamar do gráfico.</p><p>b) Entre t3 e t4; segundo patamar do gráfico.</p><p>c) QT � Qg � Qf ⇒ QT � mc�� � mLf ⇒ QT �</p><p>� 100 � 0,55f(0 � (�40)g � 100 � 80 ⇒ QT � 10 200 cal</p><p>O calor de vaporização do iodo é � 24 cal/g, o que significa</p><p>que cada grama de iodo necessita de 24 cal para vaporizar-se.</p><p>Já o nitrogênio, que possui � 48 cal/g, requer 48 cal para</p><p>vaporizar cada grama.</p><p>Resposta: alternativa b.</p><p>a) Verdadeira</p><p>b) Falsa, pois durante a mudança de fase, a temperatura per-</p><p>manece constante.</p><p>c) Verdadeira</p><p>d) Falsa, pois na solidifação a agitação molecular diminui e o</p><p>chumbo assume uma forma cristalina.</p><p>Enquanto o cobre sólido é aquecido, sua temperatura aumenta,</p><p>no decorrer do tempo. Quando inicia a fusão, a temperatura</p><p>permanece constante, o que aparece no gráfico como um pata-</p><p>mar paralelo ao eixo das abscissas. Após a liquefação, a tem-</p><p>peratura volta a aumentar.</p><p>Resposta: alternativa c.</p><p>De acordo com o enunciado, quando dois cubos de gelo, ini-</p><p>cialmente a 0 °C, são colocados em contato com a água, esta</p><p>sofre uma redução de 24 °C na sua temperatura. Nessas con-</p><p>dições o equilíbrio ocorre a 1 °C. Para quatro cubos de gelo,</p><p>pode-se imaginar a situação por partes. Introduzindo inicial-</p><p>mente dois cubos, o calor absorvido pelo gelo é capaz de reduzir</p><p>a temperatura da água de 25 °C para 1 °C. Tem-se então um</p><p>sistema formado por água a 1 °C. Sobram ainda dois outros</p><p>cubos de gelo. Certamente bastaria utilizar apenas uma parte</p><p>deles para conseguir a redução da temperatura da água de 1 °C</p><p>para 0 °C. Assim, pode-se concluir que, no equilíbrio, haverá</p><p>um sistema formado por água e gelo a 0 °C.</p><p>Resposta: alternativa e.</p><p>Sendo d � podemos escrever para a água:</p><p>dágua � (I)</p><p>em que Va é o volume inicial da água.</p><p>Para o gelo, temos dgelo � em que Vg é o volume do gelo,</p><p>cujo valor, em centímetros cúbicos, é Vg � Va � 20. Portanto:</p><p>dgelo � (II)</p><p>Como a massa se conserva, de (I) e (II), vem:</p><p>dáguaVa � dgelo(Va � 20) ⇒ 1,0Va � 0,9(Va � 20) ⇒ Va � 180 cm3</p><p>Voltando à expressão (I), obtemos:</p><p>m � 1 � 180 ⇒ m � 180 g</p><p>Para resfriar a água, temos:</p><p>QI � mc�t ⇒ QI � 180 � 1(0 � 20) ⇒ QI � �3 600 cal (o sinal</p><p>negativo aparece porque a água cede calor)</p><p>mgh</p><p>Mc</p><p>------------</p><p>2 000</p><p>20</p><p>---------------</p><p>LVI</p><p>LVN</p><p>m</p><p>V</p><p>------ ,</p><p>m</p><p>Va</p><p>--------</p><p>m</p><p>Vg</p><p>--------</p><p>m</p><p>Va 20 �</p><p>---------------------</p><p>374.</p><p>373.</p><p>372.</p><p>371.</p><p>370.</p><p>369.</p><p>368.</p><p>367.</p><p>366.</p><p>365.</p>