IGL - UERJ - Calorimetria - 3

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1. (Uerj 2006) O auditório do transatlântico, com 50 m de comprimento, 20 m de largura e 5 m de altura, possui um sistema de refrigeração que retira, em cada ciclo, 2,0 × 104 J de calor do ambiente. Esse ciclo está representado no diagrama a seguir, no qual P indica a pressão e V, o volume do gás empregado na refrigeração.
Calcule:
Dados: densidade do ar = 1,25 kg/m3
a) a variação da energia interna do gás em cada ciclo;
b) o tempo necessário para diminuir em 3 °C a temperatura do ambiente, se a cada 6 segundos o sistema reduz em 1°C a temperatura de 25 kg de ar. 
 
2. (Uerj 2006) Algumas máquinas do navio operam utilizando vapor d'água a temperatura de 300°C. Esse vapor é produzido por uma caldeira alimentada com óleo combustível, que recebe água a temperatura de 25°C. O gráfico a seguir mostra o comportamento do calor específico c do vapor d'água em função da temperatura è.
a) Considerando as condições descritas, calcule a quantidade de calor necessária para transformar 1,0 × 105 g de água a 25°C em vapor a 300°C.
b) Admita que:
- a queima de 1 grama do óleo utilizado libera 10.000 cal;
- a caldeira, em 1 hora, queima 4.320 g de óleo e seu rendimento é de 70%.
Determine a potência útil dessa caldeira. 
 
3. (Uerj 2005) Como propaganda, o supermercado utiliza um balão esférico no meio do estacionamento, preso por três cordas que fazem ângulo de 60° com a horizontal, conforme mostra a figura a seguir.
Esse balão, de massa igual a 14,4 kg e volume igual a 30 m3, está preenchido por 3,6 kg de gás hélio, submetido à pressão de 1 atm. Em um dado instante, as cordas que o prendiam foram cortadas e o balão começou a subir.
Considere que a temperatura seja constante e o gás, ideal.
a) Calcule a força de tração nas cordas quando o balão está preso.
b) Supondo que o balão esteja a uma altura na qual seu volume corresponda a 37,5 m3, calcule a pressão a que ele está submetido. 
 
4. (Uerj 2005) O supermercado necessita diariamente de gelo em escamas. A potência P dissipada pela máquina empregada para fabricá-lo é de 360 cal/s.
Sabendo que a temperatura da água ao entrar na máquina é de 20°C, determine:
a) o calor liberado por 150 kg de água ao ser transformada integralmente em gelo a - 3°C;
b) a energia dissipada pela máquina, em joules, em 5 h de funcionamento. 
 
5. (Uerj 2004) Um alpinista, num determinado ponto de sua escalada, ingere um pedaço de bolo de 500 kcal.
Calcule:
a) a quantidade de calor perdida pelo alpinista decorrente da evaporação de 0,5 litro de água de seu suor;
b) a altura que ele precisaria escalar, sem transpirar, para consumir as 500 kcal adquiridas com a ingestão do pedaço de bolo.
Dados: 1 cal = 4,2 J e o calor de evaporação do suor é 580 kcal/kg 
 
TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES: 
O motorista abasteceu o carro às 7 horas da manhã, quando a temperatura ambiente era de 15°C, e o deixou estacionado por 5 horas, no próprio posto. O carro permaneceu completamente fechado, com o motor desligado e com as duas lâmpadas internas acesas. Ao final do período de estacionamento, a temperatura ambiente era de 40°C. Considere as temperaturas no interior do carro e no tanque de gasolina sempre iguais à temperatura ambiente. 
6. (Uerj 2003) Calcule a variação percentual da pressão no interior do carro ao final do período em que ficou estacionado. 
 
7. (Uerj 2003) Ao estacionar o carro, a gasolina ocupava uma certa fração f do volume total do tanque de combustível, feito de aço.
Estabeleça o valor máximo de f para o qual a gasolina não transborde quando a temperatura atinge os 40°C.
Dados: coeficiente de expansão volumétrica da gasolina = 9,0x10-4 °C-1 e coeficiente de expansão volumétrica do aço = 1,0x10-5 °C-1. 
 
8. (Uerj 2002) Em casa, é tarefa da filha encher os recipientes de fazer gelo. Ela pôs 100 g de água, inicialmente a 20°C, em um dos recipientes e o colocou no freezer, regulado para manter a temperatura em seu interior a -19°C, sempre que a porta estiver fechada. No entanto, a porta ficou tanto tempo aberta que a temperatura do ar dentro do freezer chegou a -3°C.
Sabendo que a pressão atmosférica local é 1atm, e considerando que o ar no interior do freezer é um gás ideal, determine:
a) a quantidade de calor que a água do recipiente deve perder para que se converta totalmente em gelo a 0°C;
b) a pressão no interior do freezer imediatamente após a filha ter fechado a porta. 
 
9. (Uerj 2002) Um forno de micro-ondas produz ondas eletromagnéticas, todas com a mesma frequência de 2,45 × 109 Hz. Basicamente, é a energia dessas ondas que irá aquecer os alimentos.
Ao utilizar o micro-ondas para aquecer 200 g de água de um copo, o pai verificou que a temperatura dessa água foi elevada de 20°C a 70°C. Suponha que as micro-ondas forneçam 10kcal/min à água e despreze a capacidade térmica do copo.
a) Calcule o tempo gasto para aquecer a água do copo de 20°C até 70°C.
b) Determine o comprimento de onda dessas micro-ondas no ar. 
 
10. (Uerj 2001) Um equilibrista se apresenta sobre uma bola, calibrada para ter uma pressão de 2,0 atm a uma temperatura de 300K. Após a apresentação, essa temperatura elevou-se para 306K.
Considere desprezível a variação no volume da bola.
Calcule a pressão interna final da bola. 
 
11. (Uerj 1999) Uma certa quantidade de gás oxigênio submetido a baixas pressões e altas temperaturas, de tal forma que o gás possa ser considerado ideal, sofre uma transformação AB, conforme mostra o diagrama pressão×volume.
a) Calcule o módulo do trabalho realizado sobre o gás, nessa transformação.
b) Esboce o diagrama pressão × temperatura absoluta (P×T), assinalando os estados A e B. 
Gabarito: 
Resposta da questão 17:
 a) ∆U = 0 (ciclo)
b) t = 4500 s 
Resposta da questão 18:
 a) Q = 7,4 × 107 cal
b) P = 8,4 × 103 cal/s 
Resposta da questão 19:
 a) Força de tração ≈ 74,7 N.
b) Pressão: 0,8 atm 
Resposta da questão 20:
 a) 15.225 kcal
b) 2,6 × 107 J 
Resposta da questão 21:
 a) 290 kcal
b) 2625 m 
Resposta da questão 22:
 8,7 % 
Resposta da questão 23:
 f = 97,8% 
Resposta da questão 24:
 a) 10 kcal
b) 0,94 atm 
Resposta da questão 25:
 a) 1 min
b) 0,12 m 
Resposta da questão 26:
 
 
Resposta da questão 27:
 a) = (P0 V0)/2
b) Observe o gráfico a seguir
 
00
00
P.V
P.V
n.TnT
=
0
0
P
P2,0P
P2,04atm
TT300306
=Þ=Þ=
|W|
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