Termofísica – Lista 02 – Calorimetria

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Termofísica – Lista 02 – Calorimetria 
 
1. (Unifesp 2005) Uma esfera de aço de massa m = 0,20 
kg a 200°C é colocada sobre um bloco de gelo a 0°C, e 
ambos são encerrados em um recipiente termicamente 
isolado. 
Depois de algum tempo, verifica-se que parte do gelo se 
fundiu e o sistema atinge o equilíbrio térmico. 
Dados: 
coeficiente de dilatação linear do aço: ‘ = 11 × 10−§ 
°C−¢; 
calor específico do aço: c = 450 J/(kg°C); 
calor latente de fusão do gelo: L = 3,3 × 10¦ J/kg. 
a) Qual a redução percentual do volume da esfera em 
relação ao seu volume inicial? 
b) Supondo que todo calor perdido pela esfera tenha 
sido absorvido pelo gelo, qual a massa de água obtida? 
 
2. (Puc-rio 2006) Para descobrir o calor específico por 
unidade de massa de uma certa substância, misturamos 
0,50kg desta substância, a uma temperatura de 80°C, 
com uma certa massa de água a 20°C. A temperatura 
final do sistema é de 40°C. O calor especifico da água é 
1,0 cal/g°C. 
a) Se a massa de água a 20°C utilizada for o dobro, 
calcule a temperatura final do sistema. 
b) Calcule o calor específico, por unidade de massa da 
substância, se a massa de água utilizada em (a) for de 
1,0 kg. 
3. (Uff 2005) Um sistema básico de aquecimento de 
água por energia solar está esquematizado na figura a 
seguir. A água flui do reservatório térmico para as 
tubulações de cobre existentes no interior das placas 
coletoras e, após captar a energia solar, volta ao 
reservatório pelo outro trecho do encanamento. A caixa 
de água fria alimenta o reservatório, mantendo-o sempre 
cheio. 
 
 
 
Suponha que em um determinado instante o reservatório 
tenha em seu interior 200 litros de água, em equilíbrio 
térmico. 
 
Dados: 
massa específica da água › = 1,0 kg / litro 
calor específico da água c = 1,0 cal /g °C 
1,0 cal = 4,2 J 
 
a) Determine a quantidade de calor absorvida por esse 
volume de água para que sua temperatura aumente 20° 
C, supondo que não haja renovação da água do 
reservatório. 
b) Estime o tempo necessário para este aquecimento, 
em horas. Para isto, considere que a potência solar 
incidente nas placas coletoras seja de 4,2 kW e que, 
devido a perdas, apenas 40% dessa potência seja 
utilizada no aquecimento da água. 
 
4. (Ufpe 2006) Considere que uma pequena boca de 
fogão a gás fornece tipicamente a potência de 250 cal/s. 
Supondo que toda a energia térmica fornecida é 
transmitida a 200 g de água, inicialmente a 30°C, calcule 
o tempo, em segundos, necessário para que a água 
comece a ferver. Considere a pressão atmosférica de 1 
atm. 
 
Exercícios de Física – Pingüim 
 
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5. (Ufrj 2006) Em um calorímetro ideal, há 98g de água à 
temperatura de 0°C. Dois cubinhos metálicos são 
introduzidos no calorímetro. Um deles tem massa 8,0g, 
calor específico 0,25cal/g°C e está à temperatura de 
400°C. O outro tem 10g de massa, calor específico 
0,20cal/g°C e está à temperatura de 100°C. 
Posteriormente, esse último cubinho é retirado do 
calorímetro e verifica-se, nesse instante, que sua 
temperatura é 50°C. 
Calcule a temperatura final de equilíbrio da água e do 
cubinho que permanece no calorímetro. 
 
6. (Ufrn 2005) Professor Jaulito mora à beira de um 
precipício de 100 m de desnível. Ele resolveu, então, 
tirar vantagem de tal desnível para tomar água gelada. 
Para tal, enrolou uma corda na polia do compressor de 
um pequeno refrigerador, passou-a por uma roldana, 
amarrou, na outra extremidade da corda, uma pedra de 
massa 10 kg e jogou-a precipício abaixo, conforme 
representado na figura. 
 
Com esse experimento, Professor Jaulito consegue 
resfriar 50 g de água, que estava inicialmente a 25°C, 
para 5°C. 
Suponha-se que 
- todo o trabalho realizado pelo peso da pedra na queda 
é convertido em trabalho no compressor; 
- a eficiência do refrigerador é de 40%; 
- o calor específico da água é 1 cal/g°C; 
- o valor da aceleração da gravidade no local é 10 m/s£; 
- todas as forças resistivas são desprezíveis. 
As informações e expressões necessárias para os 
cálculos envolvidos são as seguintes: 
- trabalho realizado pela força gravitacional sobre um 
corpo de massa m : N = mgh, em que g é a aceleração 
da gravidade e h variação de altura que o corpo sofre; 
- quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo 
de massa m(c) : Q = m(c)cК em que c é seu calor 
específico e К é a variação de temperatura sofrida pelo 
corpo; 
- eficiência de um refrigerador: e = Q/N 
 
Com base no exposto, atenda às solicitações a seguir. 
a) Calcule o trabalho realizado pelo peso da pedra. 
b) Calcule a quantidade de calor cedida pelos 50g de 
água durante a queda da pedra. 
c) Calcule o equivalente mecânico do calor que se pode 
obter a partir dos resultados desse experimento. 
 
7. (Ufscar 2005) Para completar a higienização, uma 
mãe ferve o bico da mamadeira e, depois de retirá-lo da 
água, aguarda que ela retome a fervura. Verte, então, 
250 mL dessa água dentro do copo da mamadeira, que 
mantém enrolado em um pano a fim de "conservar o 
calor". Aguarda o equilíbrio térmico e então joga fora a 
água. 
a) No passado, o copo das mamadeiras era feito de 
vidro. Em uma seqüência de ações como a descrita para 
escaldar a mamadeira, ao preencher parcialmente 
recipientes de vidro com água quente, esses podem se 
partir em dois pedaços, nitidamente separados na altura 
em que estava o nível d'água: um pedaço contendo a 
água aquecida e o outro seco. Qual o nome do processo 
físico relacionado? Explique a razão da ruptura de 
frascos de vidro submetidos a essas condições. 
b) Em determinado dia quente a mãe inicia um dos seus 
"processos de esterilização". Dentro do copo da 
mamadeira, que já se encontrava a 32°C - temperatura 
ambiente - derrama a água fervente que, devido à 
localização geográfica de seu bairro, ferve a 98°C. 
Considerando que não houve perda de calor para o 
meio externo, se após o equilíbrio a água derramada 
estava a 92°C e sabendo que a densidade da água é 1 
g/mL e o calor específico é 1 cal/(g.°C), determine a 
capacidade térmica do copo da mamadeira. 
 
 
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8. (Unicamp 2004) Para resfriar um motor de automóvel, 
faz-se circular água pelo mesmo. A água entra no motor 
a uma temperatura de 80°C com vazão de 0,4L/s, e sai 
a uma temperatura de 95°C. A água quente é resfriada a 
80°C no radiador, voltando em seguida para o motor 
através de um circuito fechado. 
a) Qual é a potência térmica absorvida pela água ao 
passar pelo motor? Considere o calor específico da 
água igual a 4200J/kg°C e sua densidade igual a 
1000kg/m¤. 
b) Quando um "aditivo para radiador" é acrescentado à 
água, o calor específico da solução aumenta para 5250 
J/kg°C, sem mudança na sua densidade. Caso essa 
solução a 80°C fosse injetada no motor em lugar da 
água, e absorvesse a mesma potência térmica, qual 
seria a sua temperatura na saída do motor? 
 
9. (Unicamp 2004) As temperaturas nas grandes 
cidades são mais altas do que nas regiões vizinhas não 
povoadas, formando "ilhas urbanas de calor". Uma das 
causas desse efeito é o calor absorvido pelas 
superfícies escuras, como as ruas asfaltadas e as 
coberturas de prédios. A substituição de materiais 
escuros por materiais alternativos claros reduziria esse 
efeito. A figura mostra a temperatura do pavimento de 
dois estacionamentos, um recoberto com asfalto e o 
outro com um material alternativo, ao longo de um dia 
ensolarado. 
 
 
 
a) Qual curva corresponde ao asfalto? 
b) Qual é a diferença máximade temperatura entre os 
dois pavimentos durante o período apresentado? 
c) O asfalto aumenta de temperatura entre 8h00 e 
13h00. Em um pavimento asfaltado de 10.000 m£ e com 
uma espessura de 0,1 m, qual a quantidade de calor 
necessária para aquecer o asfalto nesse período? 
Despreze as perdas de calor. A densidade do asfalto é 
2.300 kg/m¤ e seu calor específico C = 0,75kJ/kg°C. 
 
10. (Unicamp 2005) Uma sala tem 6 m de largura, 10 m 
de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o 
ar dentro da sala. Considere o calor específico do ar 
como sendo 30 J/ (mol K) e use R= 8 J/ (mol K). 
a) Considerando o ar dentro da sala como um gás ideal 
à pressão ambiente (P = 10¦ N/m£), quantos moles de 
gás existem dentro da sala a 27 °C? 
b) Qual é a quantidade de calor que o refrigerador deve 
retirar da massa de ar do item (a) para resfriá-Ia até 17 
°C? 
 
11. (Ita 2005) Inicialmente 48g de gelo a 0°C são 
colocados num calorímetro de alumínio de 2,0g , 
também a 0°C. Em seguida, 75g de água a 80 °C são 
despejados dentro desse recipiente. Calcule a 
temperatura final do conjunto. 
 
Dados: calor latente do gelo Lg = 80cal/g, calor 
específico da água c(H‚O) = 1,0 cal g−¢ °C−¢, calor 
específico do alumínio c(AØ) = 0,22 cal g−¢ °C−¢. 
 
12. (Ufjf 2006) Um bloco de chumbo de 6,68 kg é 
retirado de um forno a 300°C e colocado sobre um 
grande bloco de gelo a 0°C. Supondo que não haja 
perda de calor para o meio externo, qual é a quantidade 
de gelo que deve ser fundida? 
Dados: calor específico do gelo a 0°C = 2100 J/(kg.K) 
calor latente de fusão do gelo = 334 x 10¤ J/kg calor 
específico do chumbo = 230 J/(kg.K) 
calor latente de fusão do chumbo = 24,5 x 10¤ J/kg 
temperatura de fusão do chumbo = 327°C 
 
13. (Ufrj 2004) Em um calorímetro de capacidade 
térmica desprezível, há 200 g de gelo a -20°C. Introduz-
se, no calorímetro, água a 20°C. O calor latente de 
solidificação da água é - 80 cal/g e os calores 
específicos do gelo e da água (líquida) valem, 
respectivamente, 0,50 cal/g.°C e 1,0 cal/g.°C. 
Calcule o valor máximo da massa da água introduzida, a 
fim de que, ao ser atingido o equilíbrio térmico, haja 
apenas gelo no calorímetro. 
 
 
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14. (Ufu 2006) Na aula de Física, o professor entrega 
aos estudantes um gráfico da variação da temperatura 
(em °C) em função do calor fornecido (em calorias). 
Esse gráfico, apresentado a seguir, é referente a um 
experimento em que foram aquecidos 100 g de gelo, 
inicialmente a -20°C, sob pressão atmosférica constante. 
 
 
 
Em seguida, o professor solicita que os alunos 
respondam algumas questões. Auxilie o professor na 
elaboração do gabarito correto, calculando, a partir das 
informações dadas, 
a) o calor específico do gelo; 
b) o calor latente de fusão do gelo; 
c) a capacidade térmica da quantidade de água 
resultante da fusão do gelo. 
 
15. (Unesp 2006) Um aquecedor elétrico fechado 
contém inicialmente 1kg de água a temperatura de 25°C 
e é capaz de fornecer 300 cal a cada segundo. 
Desconsiderando perdas de calor, e adotando 1 
cal/(g°C) para o calor específico da água e 540 cal/g 
para o calor latente, calcule 
a) o tempo necessário para aquecer a água até o 
momento em que ela começa a evaporar. 
b) a massa do vapor formado, decorridos 520 s a partir 
do instante em que o aquecedor foi ligado. 
 
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO 
(Pucsp 2006) Em 1883, um vapor inglês de nome 
Tramandataí naufragou no rio Tietê encontrando-se, 
hoje, a 22 metros de profundidade em relação à 
superfície. O vapor gerado pela queima de lenha na 
caldeira fazia girar pesadas rodas laterais, feitas de 
ferro, que, ao empurrarem a água do rio, movimentavam 
o barco. 
 
16. Considere que na caldeira do Tramandataí sejam 
aquecidos 5000 litros de água inicialmente a 20°C. Para 
que metade dessa água seja transformada em vapor 
d'água, são necessários, em 10ª joules, 
Considere: 
- c = 1 cal/g°C 
- dágua = 1 kg/L 
- LVaporização da água = 540 cal/g 
- 1 cal = 4 J 
- não haja perdas de calor 
a) 5,4 b) 6,2 c) 7,0 d) 7,5 e) 8,0 
 
17. (Fatec 2005) Na tabela é possível ler os valores do 
calor específico de cinco substâncias no estado líquido, 
e no gráfico é representada a curva de aquecimento de 
100 g de uma dessas substâncias. 
 
 
 
A curva de aquecimento representada é a 
a) da água. 
b) do álcool etílico. 
c) do ácido acético. 
d) da acetona. 
e) do benzeno. 
 
 
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18. (Fuvest 2005) Características do botijão de gás: 
Gás - GLP 
Massa total - 13 kg 
Calor de combustão - 40 000 kJ/kg 
 
Um fogão, alimentado por um botijão de gás, com as 
características descritas anteriormente, tem em uma de 
suas bocas um recipiente com um litro de água que leva 
10 minutos para passar de 20°C a 100°C. Para estimar 
o tempo de duração de um botijão, um fator relevante é 
a massa de gás consumida por hora. Mantida a taxa de 
geração de calor das condições anteriores, e 
desconsideradas as perdas de calor, a massa de gás 
consumida por hora, em uma boca de gás desse fogão, 
é aproximadamente 
a) 8 g b) 12 g c) 48 g d) 320 g e) 1920 g 
 
19. (Pucmg 2006) Um aquecedor de imersão (ebulidor) 
tem uma potência de 2000W. Esse ebulidor é 
mergulhado em um recipiente que contém 1 litro de 
água a 20°C. Supondo-se que 70% da potência 
dissipada pelo ebulidor sejam aproveitados no 
aquecimento da água, quanto tempo será necessário 
para que a temperatura da água chegue a 100 °C? 
Calor específico da água c = 4,2 J/g°C 
Densidade da água › = 1000 g/Ø 
a) 4,0 minutos 
b) 0,2 horas 
c) 480 segundos 
d) 10 minutos 
 
20. (Uff 2004) Duelo de Gigantes: 
O rio Amazonas é o maior rio do mundo em volume 
d'água com uma vazão em sua foz de, 
aproximadamente, 175 milhões de litros por segundo. A 
usina hidroelétrica de Itaipu também é a maior do 
mundo, em operação. A potência instalada da usina é de 
12,6 X 10ª W. Suponha que toda essa potência fosse 
utilizada para aquecer a água que flui pela foz do rio 
Amazonas, sem que houvesse perdas de energia. 
 
Veja, 24/09/ 2003. (Adaptado) 
Nesse caso, a variação de temperatura dessa água, em 
grau Celsius, seria da ordem de: 
Dados: 
calor específico da água c = 1,0 cal/g°C 
densidade da água = 1,0 g/cm¤ 
1 cal = 4,2 Joules 
 
a) 10−£ b) 10−¢ c) 10° d) 10¢ e) 10£ 
 
21. (Ufg 2006) O cérebro de um homem típico, saudável 
e em repouso, consome uma potência de 
aproximadamente 16W. Supondo que a energia gasta 
pelo cérebro em 1 min fosse completamente usada para 
aquecer 10 ml de água, a variação de temperatura seria 
de, aproximadamente, 
Densidade da água: 
1,0.10¤ kg/m¤ 
Calor específico da água: 
4,2.10¤ J/kg.°C 
a) 0,5 °C b) 2 °C c) 11 °C 
d) 23 °C 
e) 48 °C 
 
22. (Ufpr 2006) Numa garrafa térmica há 100 g de leite à 
temperatura de 90°C. Nessa garrafa são adicionados 20 
g de café solúvel à temperatura de 20°C. O calor 
específico do café vale 0,5 cal/(g°C) e o do leite vale 0,6 
cal/(g°C). A temperatura final do café com leite é de: 
a) 80°C. 
b) 42°C. 
c) 50°C. 
d) 60°C. 
e) 67°C. 
 
 
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23. (Ufrs 2006) À temperatura ambiente, que volume de 
ferro apresenta a mesma capacidade térmica de um litro 
de água? 
(Considere que, à temperatura ambiente, a capacidade 
térmica de um litro de água é 4.200 J/°C, o calor 
específico do ferro é 0, 5 J/g . °C e a massa específica 
do ferro é 8 g/cm¤.) 
a) 0, 95 Ø. 
b) 1, 00 Ø. 
c) 1, 05 Ø. 
d) 1, 25 Ø. 
e) 1, 50 Ø. 
 
24. (Ufu 2006) 240 g de água (calor específico iguala 1 
cal/g.°C) são aquecidos pela absorção total de 200 W de 
potência na forma de calor. Considerando 1 cal = 4 J, o 
intervalo de tempo necessário para essa quantidade de 
água variar sua temperatura em 50 °C será de 
a) 1 minuto. 
b) 3 minutos. 
c) 2 minutos. 
d) 4 minutos. 
 
25. (Unifesp 2004) Dois corpos, A e B, com massas 
iguais e a temperaturas tÛ = 50 °C e t½ = 10°C, são 
colocados em contato até atingirem a temperatura de 
equilíbrio. O calor específico de A é o triplo do de B. Se 
os dois corpos estão isolados termicamente, a 
temperatura de equilíbrio é 
a) 28°C. 
b) 30°C. 
c) 37°C. 
d) 40°C. 
e) 45°C. 
 
26. (Unifesp 2006) Qualquer dos seus leitores que tenha 
a ventura de residir em meio ao romântico cenário do 
País de Gales ou da Escócia poderia, não tenho dúvida, 
confirmar meus experimentos medindo a temperatura no 
topo e na base de uma cascata. Se minhas observações 
estão corretas, uma queda de 817 pés deve gerar um 
grau de calor, e a temperatura do rio Niágara deve subir 
cerca de um quinto de grau por causa de sua queda de 
160 pés. 
Esse trecho foi publicado em 1845 por James P. Joule 
na seção de cartas da revista inglesa "Philosophical 
Magazine" e ilustra os resultados por ele obtidos em 
suas experiências para a determinação do equivalente 
mecânico do calor. 
Sendo c(água) = 4 200 J/(kg°C) o calor específico da 
água, adotando g = 10 m/s£, 817pés = 250 m e 160pés = 
50 m, pode-se afirmar que, ao se referir a "um grau de 
calor" e a "um quinto de grau", Joule está exprimindo 
valores de temperatura que, em graus Celsius, valem 
aproximadamente 
a) 5,0 e 1,0. 
b) 1,0 e 0,20. 
c) 0,60 e 0,12. 
d) 0,30 e 0,060. 
e) 0,10 e 0,020. 
 
27. (Fatec 2006) O gráfico a seguir é a curva de 
aquecimento de 10g de uma substância, à pressão de 1 
atm. 
 
 
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Analise as seguintes afirmações : 
 
I. a substância em questão é a água. 
II. o ponto de ebulição desta substância é 80°C. 
III. o calor latente de fusão desta substância é 20cal/g . 
 
Das afirmações apresentadas, 
a) todas estão corretas. 
b) todas estão erradas. 
c) somente I e II estão corretas. 
d) somente II e III estão corretas. 
e) somente I está correta 
 
28. (Ita 2006) 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°C, verificando-se um aumento 
de 64 g na massa desse bloco, uma vez alcançado o 
equilíbrio térmico. Considere o calor específico da água 
(c = 1,0 cal/g°C) 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) -191,4°C 
b) -48,6°C 
c) -34,5°C 
d) -24,3°C 
e) -14,1°C 
 
29. (Pucsp 2006) Um bloco de chumbo de massa 1,0 kg, 
inicialmente a 227°C, é colocado em contato com uma 
fonte térmica de potência constante. O gráfico mostra 
como varia a quantidade de calor absorvida pelo bloco 
em função do tempo. 
Considere para o chumbo: 
- calor latente de fusão: 6,0 cal/g 
- temperatura de fusão: 327°C 
- calor específico no estado sólido c = 0,03 cal/g C 
O bloco de chumbo é aquecido até que ocorra sua fusão 
completa. O gráfico da temperatura em função do 
tempo, que descreve o processo sofrido pelo chumbo é 
 
 
 
 
30. (Ufg 2005) Um recipiente de material termicamente 
isolante contém 300 g de chumbo derretido à sua 
temperatura de fusão de 327 °C. Quantos gramas de 
água fervente devem ser despejados sobre o chumbo 
para que, ao final do processo, toda a água tenha se 
evaporado e o metal solidificado encontre-se a 100 °C? 
Suponha que a troca de calor dê-se exclusivamente 
entre a água e o chumbo. 
Dados: 
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g 
Calor latente de fusão do chumbo = 5,5 cal/g 
Calor específico do chumbo = 0,03 cal/g °C 
a) 3,0 g 
b) 3,4 g 
c) 5,5 g 
d) 6,2 g 
e) 6,8 g 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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GABARITOGABARITOGABARITOGABARITO 
 
1. a) redução de 0,66% b) m ¸ 0,055kg 
2. a) 32°C. b) 0,5 cal/g °C. 
3. a) 4,0 × 10§ cal. b) 2,77 h. 
4. 56 s. 
5. T = 9°C 
6. a) 10000 J 
b) Q = -1000 cal 
c) Como a eficiência é a relação e = Q/N, temos que Q = 
e N (onde Q e N devem ser expressos numa mesma 
unidade de energia). Para transformar Q(cal) em Q(J), 
devemos fazer 
Q(J) = Q(cal) × Eq, onde Eq é o equivalente mecânico 
do calor. Desta forma teremos 
Q(cal) × Eq = e N (J) 
Logo, Eq = e N (J)/ Q(cal) 
Eq = 0,4 . 10.000 J/1.000 cal; 
logo, Eq = 4 J/cal 
Resultados válidos 
1.000 cal = 0,4 . 10.000 J ; logo, 1 cal = 4 J 
7. a) Dilatação térmica. Levando-se em conta que o 
vidro é mau condutor de calor ocorrem dilatações 
desiguais, e isto produz a ruptura. 
b) 25 cal/°C 
8. a) 25200 W 
b) 92°C 
9. a) a curva A 
b) 10°C no mesmo horário 
c) 4,3.10¨kJ 
10. a) 1 × 10¥ mols b) 3 × 10§ J 
11. 17,5°C 
12. m = 1,38 kg 
13. 20 g 
14. a) c = 0,5 cal/g.°C 
b) L = 80 cal/g 
c) C = 100 cal/°C 
15. a) 250s b) 150g 
16. [C] 
17. [E] 
18. [C] 
19. [A] 
20. [A] 
21. [D] 
22. [A] T = 560/7 = 80°C 
23. [C] 
24. [D] 
25. [D] 
26. [C] 
27. [D] 
28. [B] 
29. [D] 
30. [E]