CALORIMETRIA NA UECE - PARTE 1

ESSE É UM ASSUNTO SUPER PEDIDO NAS PROVAS DA UECE, APROVEITEM.

01. (UECE 77.2) A temperatura de 0,15 kg, de um líquido cujo calor específico é 0,50 cal/g.⁰C, elevou-se de – 20⁰C até 40⁰C. A quantidade de calor recebida pelo corpo foi de:

a) 4,5.10³ cal        b) 4,0.10³ cal        c) 1,5.10³ cal        d) 1,0.10³ cal

Q = m.c.Δθ = 150.0,5.[40 –  (– 20)] = 75.60 = 4500 cal = 4,5.10³ cal.

02. (UECE 78.1) Geraldo, velho admirador de Sócrates, filosofia: “ Verifico que, fornecendo calor a um corpo, sua temperatura se eleva; logo, o fornecimento de calor a coros sempre implicará em aumento de sua temperatura “.

a) a verificação de Geraldo pode ser correta, mas sua generalização é falsa.

b) a verificação e a generalização são ambas corretas.

c) a verificação e a generalização só serão corretas para corpos de boa condutividade térmica.

d) a verificação pode ser correta, mas a generalização só será válida para corpos de alto calor específico.

Não esqueça que podemos ter calor com temperaturas baixas, nesse caso, o calor é liberado e assumindo um valor negativo.

03. (UECE 80.2) Associe a primeira coluna com a segunda:

          COLUNA1                                           COLUNA 2    

I.    irradiação                                           (    ) não depende do meio material

II.   convecção calorífica                          (    ) ocorre mais facilmente nos sólidos que

                                                                         nos gases

III.  condução térmica                              (    ) implica transporte de matéria

A sequência correta, de cima para baixo, é:

a) I, II, III         b) I, III, II         c) II, I, III         d) II, III, I

I. A irradiação ocorre através de ondas eletromagnéticas que não precisam de um meio material para se propagar.

II. A convecção ocorre nos fluídos (líquidos e gases) através de transporte de matéria.

III. A condução ocorre exclusivamente nos sólidos.

04. (UECE 81.1) Cedem-se 684 cal a 200 g de ferro que estão a uma temperatura de 10⁰C. Sabendo-se que o calor específico do ferro vale 0,114 cal/⁰C, concluímos que a temperatura final do ferro será:

a) 10⁰C         b) 20⁰C         c) 30⁰C         d) 40⁰C

I. Q = m.c.Δθ   →  684 = 200.0,114.Δθ   →  Δθ = 684/22,8 = 30⁰ C.

II. Δθ = θ – θ₀  → 30 = θ – 10 → θ = 40⁰ C.

05. (UECE 84.1) A capacidade térmica de uma caneca de alumínio é 16 cal/⁰C. Sabendo-se que o calor específico do alumínio é 0,2 cal/g.⁰C, pode-se afirmar que a massa dessa caneca, em gramas, é:

a) 3,2         b) 32         c) 80         d) 160

C = m.c → 16 = m.0,2 → m = 16/0,2 = 80 g.

06. (UECE 85.1) Num bloco de gelo em fusão faz-se uma cavidade onde são colocados 80 g de um metal de calor específico 0,03 cal/g.⁰C, a 200⁰C. Sendo o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g, a massa de água que se forma até o equilíbrio térmico é:

a) 12 g      b) 10 g       c) 8 g      d) 6 g

Q_A + Q_B = 0 → m_A.c_A.(0 – 200) + m_B.L_F = 0 → 80.0,03.( – 200) + m.80 = 0  → m = 80.6/80 = 6 g.

07. (UECE 85.2) Sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g, 400 cal conseguem fundir:

a) 5,0 g de gelo a 0⁰C.

b) 10,0 g de gelo a 0⁰C.

c) 12,0 g de gelo a 0⁰C.

d) 15,0 g de gelo a 0⁰C.

Q = m.L_f → 400 = m.80 → m = 400/80 = 5 g.

08. (UECE 86.1) A lei de Fourier, que trata de aspectos quantitativos da condução do calor, tem a seguinte expressão: Φ = k.S.Δt/e, onde: Φ é o fluxo de calor (quantidade de calor por intervalo de tempo); k é o coeficiente de condutibilidade térmica; S é a área de uma superfície; Δt é intervalo de temperatura; e representa uma distância. Uma unidade com a qual k pode ser medida é:

a) J/s.m.⁰K .     

b) Cal/s.⁰C.      

c) J/m.⁰K .     

d) Nenhuma das respostas, pois k é adimensional.

k = Φ.e./Δt.S = J.m/m².k = J/m.k.

09. (UECE 86.1) Fornece-se calor a 10 gramas de gelo a 0⁰C para transformá-las em vapor a 100⁰C. Sabendo-se que o calor de fusão do gelo é igual a 80 cal/g e o calor de vaporização é igual a 540 cal/g, a quantidade total de calor necessária para esta transformação é, em calorias:

a) 7.200        b) 1.000        c) 5.400        d) 6.400

I. Q = m.L_F = 10.80 = 800 cal.

II. Q = m.L_V = 10.540 = 5400 cal.

III. Q = m.c.(100 – 0) = 10.1.100 =1000 cal.

IV. Q_T = 800 + 5400 + 1000 = 7200 cal.

10. (UECE 86.2) Fornecendo-se a um corpo de calor específico 0,5 cal/g.⁰C quantidade de calor de 400 cal, sua temperatura passa de 10⁰C para 50⁰C, sem que ocorra mudança de estado. Pode-se afirmar que a massa do corpo é:

a) 100 g       b) 50 g       c) 20 g       d) 10 g

Q = m.c.Δθ   →  400 = m.0,5.(50 – 10)  →  m = 400/0,5.40 = 400/20 = 20 g.

11. (UECE 87.2) A capacidade térmica de um pedaço de metal de 100 g de massa é 22,0 cal/⁰C. A capacidade térmica de outro pedaço do mesmo metal de 1000 g de massa é, em cal/⁰C, de:

a) 440,0        b) 22,0        c) 220,0        d) 2,2

Como o material é o mesmo, o calor específico será o mesmo, assim temos que c = C/m, logo: C₁/m₁ = C₂/m₂ → 22/100 = C₂/1000 → C₂ = 22000/100 = 220 cal/⁰C.

12. (UECE 87.2) Nas garrafas térmicas, a superfície interna espelhada e o ar rarefeito entre as paredes, minimizam as trocas de calor, respectivamente, por:

a) condução e convecção.

b) convecção e irradiação.

c) irradiação e condução.

d) irradiação e convecção.

O vácuo impede a condução e a reflexão da parte espelhada impede a irradiação.

13. (UECE 88.1) Pretende-se preparar um banho de 120 litros de água a 35⁰C, misturando-se água quente a 70⁰C e água fria a 17,5⁰C. Desprezando as trocas de calor com a banheira e com o ar, devem ser misturados:

a) 40 litros de água quente e 80 litros de água fria.

b) 60 litros de água quente e 60 litros de água fria.

c) 20 litros de água quente e 100 litros de água fria.

d) 50 litros de água quente e 70 litros de água fria.

I. X + Y = 120 L  (Onde X é quente e Y é o frio)

II. ΣQ = 0

X.1.(35 – 70) + Y.1.(35 – 17,5) = 0 → 17,5Y = 35X → Y = 2X.

III. Substituindo na 1^a equação temos:

X + 2X = 120 → X = 120/3 = 40 L e Y = 2X = 2.40 = 80 L.

14. (UECE 90.2) Dois corpos a temperatura diferentes são postos em contato. O equilíbrio térmico se estabelece sem haver mudança de estado. O corpo que sofre menor variação de temperatura é o de:

a) maior massa.

b) maior calor específico.

c) maior capacidade térmica.

d) menor capacidade térmica.

Quanto maior a capacidade térmica, menor será a variação de temperatura, pois são inversamente proporcionais.

15. (UECE 91.1) Três corpos diferentes estão a temperaturas respectivamente iguais a 30⁰C, 40⁰C e 50⁰C. Colocando-se o primeiro e o segundo no interior de um calorímetro, a temperatura final é de 35⁰C; a experiência sendo realizada com o segundo e o terceiro corpos, a temperatura final de equilíbrio é de 42⁰C. Se a experiência for feita com o primeiro e o segundo corpos, a temperatura final de equilíbrio será:

a) 34⁰C      b) 38⁰C      c) 40⁰C      d) 42⁰C

X → 30⁰ C; Y → 340⁰ C e Z → 50⁰ C, onde X, Y e Z são os calores específicos para as temperaturas dadas.

I. 1^a Situação: (ΣQ = 0)

X.(35 – 30) + Y.(35 – 40) = 0 → 5X = 5Y → X = Y.

I. 2^a Situação: (ΣQ = 0)

Y.(42 – 40) + Z.(42 – 50) = 0 → 2Y = 8Z → Z = Y/4.

I. 3^a Situação: (ΣQ = 0)

X.(T – 30) + Z.(T – 50) = 0 → X.T – 30.X + Z.T – 50.Z = 0  → T.(X + Z) = 30.X + 50 .Z  → T.(Y + Y/4) = 30.Y + 50 .(Y/4) → 5.T.Y/4 = 170.Y/4 → T = 170/5 = 34⁰C.

16. (UECE 91.2) Um corpo isolado contém 84 cm³ de café quente, inicialmente à temperatura de 80⁰C. Para resfriá-lo, adiciona-se um cubo de gelo, de massa 12 g e temperatura 0⁰C. Considere o café como se fosse água pura e o calor latente de fusão do gelo, 80 cal/g. Uma vez fundido todo o gelo, a temperatura do café diminuirá de:

a) 20 graus centígrados.

b) 30 graus centígrados.

c) 40 graus centígrados.

d) 50 graus centígrados.

I. Café: V = 84 cm³ = 84 g.

II. Q_C + Q_G + Q_F = 0 → m_C.c_C.(T – 80) + m_G.c_G.(T –0) + m_G.L_F = 0 → 84.1.(T – 80) + 12.1.(T – 0) + 12.80 = 0 → T = 60⁰ C.

III. Δθ_CAFÉ = 60 – 80 = – 20⁰ C. (há diminuição)

17. (UECE 92.1) Uma garrafa térmica impede trocas de calor, devido às paredes espelhadas, por:

a) reflexão     b) irradiação     c) condução     d) convecção

18. (UECE 92.2) Um calorímetro, cujo equivalente em água é igual a 35 g, contém 115 g de água à temperatura de 20⁰C. Colocam-se, então, no calorímetro, mais 300 g de água à temperatura de 50⁰C. A temperatura de equilíbrio térmico é:

a) 40⁰C         b) 50⁰C         c) 35⁰C         d) 20⁰C

Q_A + Q_B = 0 → m_A.c_A.(T – 60) + m_B.c_B.(T – 10) = 0 → (35 + 115).1.(T – 20) + 100.1.(T – 50) = 0 → 150.(T – 20) + 300.(T – 50) = 0 → 150T – 3000 + 300T – 15000 = 0 → T = 18000/450 = 40⁰C.

19. (UECE 93.1) Coloca-se numa cuba contendo água em ebulição, sob pressão normal, uma esfera de alumínio de massa m à temperatura de 150⁰C e verifica-se a formação de 10 g de vapor d’água. Sabendo-se que o calor específico do alumínio é, aproximadamente, 0,20 cal/g.⁰C e que o calor latente de vaporização da água é 537 cal/g, a massa m da esfera é igual a:

a) 2,00 kg         b) 0,537 kg         c) 2,500 kg         d) 5,370 kg

Q_AL + Q_A = 0 → m_AL.c_AL.(T – 60) + m_A.L_V = 0 → m.0,2.(100 – 150) + 10.537 = 0 → m = 537 g = 0,537 kg.

20. (UECE 93.1) Uma garrafa térmica, de capacidade desprezível, contém 980 g de água à temperatura de 28⁰C, Para refrigerar a água, são introduzidas na garrafa cubos de gelo de 25 g cada, a 0⁰C, e a seguir a tampa é fechada. O calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água e 1,0 cal/g.⁰C. Quantos cubos de gelo devem ser introduzidos na garrafa, para se obter água a 18⁰C?

a) 5         b) 4         c) 3         d) 2

I. m_A.c_A.(18 – 28) + m_G.c_G.(18 – 0) + m_G.L_F = 0 → 980.1.(18 – 28) + m.1.(18 – 0) + m.80 = 0 → m = 9800/98 = 100 g.

II. Como, cada cubo tem 25 g, então: N = 100/25 = 4 cubos.

21. (UECE 94.1) Em uma garrafa térmica, de capacidade térmica desprezível, contendo 100 g de água a 40⁰C, colocaram-se 60 g de gelo a 0⁰C. O calor específico da água é 1,0 cal/g.⁰C e o calor de fusão do gelo, 80 cal/g. No equilíbrio térmico, a garrafa térmica conterá:

a) 150 g de água a 10 g de gelo

b) 160 g de água

c) 10 g de água e 150 g de gelo

d) 160 g de gelo

I. Quantidade de calor que pode ser liberado pela água: Q = m.c.Δθ = 100.1.(0 – 40) = – 4000 cal.

II. Calor para fundir o gelo: Q = m.L = 60.80 = 4800 cal.

III. Não há calor para fundir todo o gelo, logo; 4000 = m.80 → m = 50 g.

IV. Então temos m = 60 – 50 = 10 g, assim há 10 g de gelo + 150 g de água a 0⁰ C.

22. (UECE 2001.1) Somente uma pequena quantidade da energia emitida pelo sol chega à superfície da Terra. Mesmo assim, o sol é a principal fonte de energia do nosso planeta. A fração de energia solar que alcança a superfície terrestre é, aproximadamente:

Considere o raio médio a Terra = 6,4.10³ km e distância média entre a Terra e o Sol = 1,5.10⁸ km.

a) 4,6.10^-22        b) 1,8.10^-22        c) 1,8.10^-9        d) 4,6.10^-10

I = P/4πR² → P = I.4πR² e  R = 1,5.10⁸ km = 1,5.10¹¹ m, como também r = 6,4.10³ km = 6,4.10⁶ m.

P_RECEBIDA/P_EMITIDA = I.πr²/ I.4πR² = (6,4.10⁶)²/4.(1,5.10¹¹)² = 4,6.10^-10.

23. (UECE 2003.1) A intensidade máxima da radiação solar que chega a Fortaleza, num dia de verão, é igual a 900 W/m². Num dia frio de inverno, em Santana do Livramento, Rio Grande do Sul, uma pessoa está a uma distância  x  de um aquecedor elétrico, muito usado na região Sul do Brasil, e cuja potência é de 1,256 kW. Supondo-se que a radiação oriunda do aquecedor seja igualmente distribuída em todas as direções, para que a pessoa que está em Livramento, num dia de inverno, tenha a mesma sensação térmica da que está em Fortaleza, num dia de verão, o valor de  x,  em  cm, é, aproximadamente:

a) 68             b) 52          c) 40          d) 33

I = P/4πx² → 900 = 1256/4.3,14.x² → x² = 1256/11304 = 0,11 → x = 0,33 m = 33 cm.

24. (UECE 2008.1.F2) A massa total estimada de água existente na Terra e cerca de           10²¹ kg. Admitindo-se que a energia total anual consumida pela humanidade no planeta seja da ordem de 10²² J, se pudéssemos aproveitar, de alguma maneira, um quarto da quantidade de calor liberado devido a diminuição da temperatura da massa de água em 1^oC, poderíamos suprir o consumo energético da humanidade por, aproximadamente:

a) 1 mês         b) 1 ano         c) 100 anos         d) 10 anos

I. Q = m.c.Δθ = 10²⁴.1.1 = 10²⁴ cal. (Obs.: m = 10²¹ kg = 10²⁴ g)

II. Q = 4.10²⁴ J, pois 1 cal = 4 J.

III. Δt = Q/P = 4.10²⁴/10²² = 400 anos, logo na ordem de 10² = 100 anos.

25. (UECE 2010.1.ANULADA) Considerando que os calores específico e latente de vaporização da água são respectivamente c = 4190 J/kg.K e L = 2256 kJ/kg, a energia mínima necessária para vaporizar 0,5 kg de água que se encontra a 30^oC, em kJ, é aproximadamente:

a) 645         b) 1275         c) 1940         d) 3820

Q₁ = m.c.∆θ = 0,5.4190.(100 – 30) = 146,65 Kj e Q₂ = m.L = 0,5.2256 = 1128 kJ, logo Q_TOTAL = 146,65 + 1128 = 1274,65 kJ.

26. (UECE 97.2) Uma lata tem paredes verticais e base quadrada com lado igual a 50 cm. Nela existem 25 litros d’água à temperatura de 30^oC. Quando colocada ao sol, durante 3 horas, a água alcança a temperatura final, t_F, em graus centígrados. A quantidade de calor proveniente do Sol é igual a 2 cal/cm².min. Supondo que, da energia que chega à água, são aproveitados, apenas 50% e que c_água = 1 cal/g.^oC e   r_água = 1 c/cm³, t_F, em graus centígrados, é:

a) 36        b) 48        c) 54        d) 60 

I. A = L² = 50² = 2500 cm² e m = 25 L = 25 000 g.

II. Q = (2 cal/cm².min) x 180 min x 2500 cm² = 900 000 cal.

III. Q_T = 50% x 900 000 = 450 000 cal.

IV. Q_T = m.c.Δθ → 450 000 = 25 000.1.(T – 30) → 450/25 = T – 30 → T = 30 + 18 = 48⁰ C.

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