Física_III_Lista_de_exercícios_01_Calorimetria

Prévia do material em texto

Faculdades LOGATTI - Araraquara 
 
Física III 
Lista de Exercícios n
o
. 01 
(Prof. Resp.: Marcelo Moreira) 
 
Calorimetria 
 
Estudo (teoria): 
TIPLER, P. A. 
Física para cientistas e engenheiros 
Volume 1 - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica 
Rio de Janeiro, Editora LTC, 2000 
Capítulos 18 e 19 
TIPLER, P. A., MOSCA, G. 
Física para cientistas e engenheiros 
Volume 1 - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica 
Rio de Janeiro, Editora LTC, 2006 
Capítulos 18 e 19 
HALLIDAY, D., RESNICK. R. 
Física, vol. I-1 
Rio de Janeiro, Ed. Ao Livro Técnico, 1973 
Capítulos 21 e 22 
Estudo (revisão de conceitos elementares do Ensino Médio): 
PAULI, R. U., MAJORANA, F. S., HEILMANN, H. P., CHOHFI, A. C. 
Física 2 - Calor e Termodinâmica 
São Paulo, Editora E.P.U., 1979 
Capítulos 1 e 3 
 
 2 
CALORIMETRIA 
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS EM CLASSE 
 
1. Em um recipiente termicamente isolado, são misturados 100 g de água a 8°C com 200 g de 
água a 20°C. Qual a temperatura final de equilíbrio? 16°C 
 
2. Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de água quente, contendo 600 g de água à 
temperatura inicial de 90 °C. Após 4 horas ele observa que a temperatura da água é de 42 °C. 
Qual a perda média de energia da água por unidade de tempo? Dado: c = 1,0 cal/g°C. 2,0 cal/s 
 
3. Um corpo de massa 100 g ao receber 2400 cal varia sua temperatura de 20 °C para 60 °C, 
sem variar seu estado de agregação. Qual o calor específico da substância que constitui 
esse corpo, nesse intervalo de temperatura? 0,6 cal/g°C 
 
4. Um frasco contém 20 g de água a 0 °C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de 
alumínio a 80 °C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 
cal/g°C e 0,10 cal/g°C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio 
ambiente, qual a temperatura de equilíbrio desta mistura? 16°C 
 
5. Para se determinar o calor específico do ferro, um aluno misturou em um calorímetro ideal 
200 g de água a 20°C com 50 g de ferro a 100°C e obteve a temperatura final da mistura 
de 22°C. Qual é o calor específico do ferro? 0,10 cal/g°C 
 
6. Um calorímetro, cuja capacidade térmica é 20 cal/°C, contém 80 g de água a 20 °C. Um 
sólido de 100 g e temperatura 85 °C é colocado no interior do calorímetro. Sabendo-se que 
o equilíbrio térmico se estabeleceu em 25 °C, determine o calor específico médio do sólido, 
em cal/g°C. 0,083 cal/g°C 
 
7. Um calorímetro contém 200 ml de água, e o conjunto está à temperatura de 20 °C. Ao ser 
adicionado ao calorímetro 125 g de uma liga a 130 °C, verificamos que, após o equilíbrio 
térmico, a temperatura final é de 30°C. Qual é a capacidade térmica do calorímetro? Dados: 
calor específico da liga: 0,20 cal/g°C, calor específico da água: 1 cal/g°C, densidade da água: 
1000 kg/m3 50 cal/°C 
 
 
8. Na cozinha de um restaurante há dois caldeirões com água, um a 20 °C e outro a 80 °C. 
Quantos litros se deve pegar de cada um, de modo a resultarem, após a mistura, 10 litros 
de água a 26°C? 9 litros e 1 litro, respectivamente 
 
 3 
9. Em um processo industrial, duas esferas de cobre maciças, A e B, com raios RA = 16 cm e 
RB = 8 cm, inicialmente à temperatura de 20 °C, permaneceram em um forno muito quente 
durante períodos diferentes. Constatou-se que a esfera A, ao ser retirada, havia atingido a 
temperatura de 100°C. Tendo ambas recebido a mesma quantidade de calor, determine a 
temperatura aproximada da esfera B, ao ser retirada do forno. 660°C 
 
10. Na presença de uma fonte térmica de potência constante, certa massa de água 
(c = 1 cal/g°C) sofreu um acréscimo de temperatura durante certo intervalo de tempo. Para 
que um líquido desconhecido, de massa 12,5 vezes maior que a da água, sofra o dobro do 
acréscimo de temperatura sofrido por ela, foi necessário o uso da mesma fonte durante um 
intervalo de tempo 6 vezes maior. Nessas condições, determine o calor específico do 
líquido, em cal/g°C. 0,24 cal/g°C 
 
11. No interior de um calorímetro ideal, colocamos um corpo A à temperatura de 10°C e um 
corpo B à temperatura de 60°C. Estes corpos possuem a mesma massa e não ocorre 
mudança do estado de agregação dos materiais. Sabendo que a temperatura de equilíbrio 
térmico foi de 30 °C, então qual a razão cA/cB entre o calor específico do material do corpo 
A e o calor específico do material do corpo B? 1,50 
 
12. Para se resfriar um motor em funcionamento, é necessário acionar seu sistema de 
refrigeração, podendo-se usar as substâncias ar ou água. A massa de ar m1 e a massa de 
água m sofrem a mesma variação de temperatura e proporcionam a mesma refrigeração ao 
motor. Qual a razão m1/m? Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g °C, calor específico 
do ar = 0,25 cal/g °C. 4,0 
 
 
 
 
 
 4 
CALORIMETRIA 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
 
1. Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 gramas de 
água que diminui a sua temperatura de 1°C, sofre um acréscimo de temperatura de 10°C. 
Qual o calor específico do bloco, em cal/g.°C? Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g.°C. 
0,05 cal/g.°C 
 
2. Duzentos gramas de água à temperatura de 20°C são adicionados, em um calorímetro, a 
cem gramas de água à temperatura inicial de 80°C. Desprezando as perdas, determine a 
temperatura final de equilíbrio térmico da mistura. 40°C 
 
3. Um calorímetro, de capacidade térmica desprezível, contém 100 g de água a 15,0 °C. 
Coloca-se no interior do calorímetro uma peça de metal de 200 g, à temperatura de 95,0 °C. 
Verifica-se que a temperatura final de equilíbrio é de 20,0°C. Qual o calor específico do metal, 
em cal/g°C? 0,03 cal/g°C 
 
4. Um calorímetro de capacidade térmica 100 cal/°C contém 300 g de água a 20 °C. Introduz-
se no calorímetro um bloco de alumínio, de massa 500 g, à temperatura de 170 °C. 
Determine a temperatura de equilíbrio térmico do sistema, admitindo que não há trocas de 
calor com o ambiente. Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g°C, calor específico do 
alumínio = 0,20 cal/g°C. 50°C 
 
5. A capacidade térmica de uma amostra de água é 5 vezes maior que a de um bloco de 
ferro. A amostra de água se encontra a 20 °C e a do bloco, a 50 °C. Colocando-os num 
recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, qual a temperatura 
final de equilíbrio prevista? 25°C 
 
6. Para se determinar o calor específico de uma liga metálica, um bloco de massa 500 g dessa 
liga foi introduzido no interior de um forno a 250 °C. Estabelecido o equilíbrio térmico, o bloco foi 
retirado do forno e colocado no interior de um calorímetro de capacidade térmica 80 cal/°C, 
contendo 400 g de água a 20 °C. A temperatura final de equilíbrio foi obtida a 30°C. Qual o 
calor específico da liga, em cal/g°C? Dado: Calor específico da água = 1,0 cal/g°C. 
0,044 cal/g°C 
 5 
7. Um recipiente de vidro de 500 g e calor específico 0,20 cal/g°C contém 500 g de água cujo 
calor específico é 1,0 cal/g°C. O sistema encontra-se isolado e em equilíbrio térmico. 
Quando recebe uma certa quantidade de calor, o sistema tem sua temperatura elevada. 
Determine: 
(a) a razão entre a quantidade de calor absorvida pela água e a recebida pelo vidro; 5,0 
(b) a quantidade de calor absorvida pelo sistema para uma elevação de 1,0°C em sua 
temperatura. 600 cal 
 
8. Um rapaz deseja tomar banho de banheira com água à temperatura de 30 °C, misturando 
água quente e fria. Inicialmente, ele coloca na banheira 100 l de água fria a 20°C. 
Desprezando a capacidade térmica da banheira e a perda de calor da água, pergunta-se: 
(c) quantos litros de água quente, a 50 °C, ele deve colocar na banheira? 50 l 
(d) se a vazão da torneira de água quente é de 0,20 l / s, durante quanto tempo a torneira 
deverá ficar aberta?250 s 
 
9. Um bloco de certa liga metálica, de massa 250 g, é transferido de uma vasilha, que contém 
água fervendo em condições normais de pressão, para um calorímetro contendo 400 g de 
água à temperatura de 10 °C. Após certo tempo, a temperatura no calorímetro se estabiliza 
em 20°C. Supondo que toda a quantidade de calor cedida pela liga tenha sido absorvida 
pela água do calorímetro, qual a razão entre o calor específico da água e o calor específico 
da liga metálica? 5,0