Calor Latente Calor Latente – Aprofundamento

Calor Latente – Aprofundamento
Prof. Vogt
Atenção: Quando não for mencionado no exercício,
adote os seguintes dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g°C
Calor específico da água = 1,0 cal/g°C
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g
1 cal = 4J
1. (VUNESP) Um processo térmico disponibiliza para o
interior de um calorímetro 20kcal de energia. No
calorímetro, entra-se um bloco de gelo de massa 400g,
inicialmente à temperatura de –10ºC. Quando atingir o
equilíbrio térmico, supondo-se a capacidade térmica do
calorímetro desprezível, pode-se esperar que em seu
interior se encontre:
a) Gelo, à temperatura abaixo de 0ºC.
b) Apenas gelo, à temperatura de 0ºC.
c) Gelo e água, à temperatura de 0ºC.
d) Apenas água, à temperatura de 0ºC.
e) Água, à temperatura acima de 0ºC.
2. (PUC) Em um calorímetro de capacidade térmica
40cal/°C, que contém 200g de água a 25°C, são
colocados 100g de gelo a –10°C. Atingido o equilíbrio
térmico, a temperatura final, em °C, será:
a) –2,0
b) zero
c) 2,0
d) 10
e) 15
3. No interior de um calorímetro ideal, são colocados
40g de água a 40°C e um bloco de gelo de massa 10g,
à temperatura de –20°C. Qual a temperatura final de
equilíbrio térmico?
4. No interior de um vaso de Dewar de capacidade
térmica desprezível, são colocados 500g de água a
78,4°C com 100g de gelo fundente (0°C). No equilíbrio
térmico, qual será a temperatura do sistema?
5. Num calorímetro ideal, são colocados 100g de água a
60°C e 200g de gelo fundente. Se as trocas de calor
ocorrem apenas entre o gelo e a água, no final ainda
vamos ter gelo? Em caso afirmativo, que massa de gelo
ainda restará?
6. Num recipiente adiabático, de capacidade térmica
desprezível, são colocados 400 g de água a 10°C e
200g de gelo a –15°C. Se após algum tempo,
estabelecido o equilíbrio térmico, introduzirmos nesse
recipiente um termômetro ideal, que temperatura ele irá
registrar?
7. Quando são misturados 40g de água a 10°C e 360g
de gelo a –30°C, qual é a temperatura final de equilíbrio
térmico? Suponha que o gelo e a água não troquem
calor com o recipiente nem com o meio externo.
8. (FUVEST) Em um copo grande, termicamente
isolado, contendo água à temperatura ambiente (25°C),
são colocados 2 cubos de gelo a 0°C. A temperatura da
água passa a ser, aproximadamente, de 1°C. Nas
mesmas condições, se, em vez de 2, fossem colocados
4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o
equilíbrio, haveria no copo:
a) apenas água acima de 0°C.
b) apenas água a 0°C.
c) gelo a 0°C e água acima de 0°C.
d) gelo e água a 0°C.
e) apenas gelo a 0°C
9. (UFF) Gelo seco nada mais é que gás carbônico
(CO2) solidificado e sua aplicação vai de efeitos
especiais em shows à conservação de alimentos. Tal
substância é conhecida desde meados do século XIX e
recebeu esse nome devido ao fato de não passar pela
fusão, quando submetida à pressão atmosférica e à
temperatura ambiente, como ocorre com o gelo comum.
Considere um cubo de 0,10 kg de gelo seco, a –78°C, e
um bloco de gelo comum de 1,0 kg, a –10°C, colocados
em um recipiente.
Dados:
Temperatura de sublimação do gelo seco = –78°C
Temperatura de fusão do gelo comum = 0°C
Calor latente de vaporização do gelo seco = 134cal/g
Calor específico do vapor de gelo seco = 0,20cal/g°C
Calor específico do gelo comum = 0,50 cal/g°C
Desprezando a capacidade térmica do recipiente e a
troca de calor com o ambiente:
a) determine a temperatura de equilíbrio térmico;
b) descreva os elementos que comporão o sistema no
equilíbrio térmico.
10. Dois cubos de gelo de 50g são colocados num vidro
contendo 200g de água. Se a água estava a
temperatura de 25ºC e se o gelo veio diretamente do
freezer a –15ºC, qual será a temperatura de equilíbrio
térmico? Quais as massas finais de gelo e de água no
recipiente? Despreze a capacidade térmica do vidro
Extras:
3
1. (ITA) Numa cavidade de 5cm feita num bloco de
gelo fundente, introduz-se uma esfera homogênea de
cobre de 30g aquecida a 100°C, conforme o esquema a
seguir. Sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo
é de 80cal/g, que o calor específico do cobre é de 0,096
cal/g°C e que a massa específica do gelo é de 0,92
3
g/cm , o volume total da cavidade passa a ser igual a:
3
a) 8,9 cm
3
b) 3,9 cm
3
c) 39,0 cm
3
d) 8,5 cm
3
e) 7,4 cm
Extras
1. A
2. 50 ≤ m ≤ 2850g
-4
3. ~3.10 L/s
4. 250°C
5. 5
2. Em um recipiente adiabático de capacidade térmica
o
desprezível são colocados 100g de água a 5 C com
o
200g de água a 20 C. Após algum tempo, adiciona-se
o
ao calorímetro uma certa massa m de gelo a -20 C.
Para quais valores de m a temperatura de equilíbrio
o
térmico se estabelece a 0 C?
3. (ITA) Um vaporizador contínuo possui um bico pelo
qual entra água a 20ºC, de tal maneira que o nível de
água no vaporizador permanece constante. O
vaporizador utiliza 800W de potência, consumida no
aquecimento da água até 100ºC e na sua vaporização a
100ºC. Determine a vazão de água pelo bico.
Dados:
Calor específico da água = 4,18 kJ/kg.K
3
Massa específica da água = 1,0 g/cm
3
Calor latente de vaporização da água = 2,26.10 kJ/kg
4. Uma arma dispara um projétil de chumbo de massa
20,0g, que se move de encontro a um grande bloco de
gelo fundente. No impacto, o projétil tem sua velocidade
reduzida de 100m/s para 0 e entra em equilíbrio térmico
com o gelo. Não havendo dissipação de energia, ocorre
a fusão de 2,25g de gelo. Sendo o calor específico
sensível do chumbo igual a 0,031cal/g°C e o calor
específico latente de fusão do gelo igual a 80cal/g, qual
era a temperatura do projétil no momento do impacto?
5. (A FÍSICA) Uma massa de água é colocada em um
calorímetro de capacidade térmica desprezível
juntamente com uma outra massa de gelo, cuja
temperatura, em valor absoluto, é o triplo da
temperatura da água. Com isso, sabe-se que no
o
momento em que a água atinge 0 C, a temperatura do
gelo tem o mesmo valor absoluto da temperatura inicial
da água. Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico,
verifica-se a solidificação de uma massa m1 de água.
Faz-se então outra experiência com as mesmas massas
de água e gelo anteriores, mas desta vez sendo a
temperatura inicial da água o triplo (em módulo) da
temperatura do gelo. Verifica-se então, no equilíbrio
térmico, a fusão de uma massa m2 de gelo. Determine a
razão m2/m1.
Gabarito
1. C
2. B
3. 14°C
4. 52ºC
5. Sim; 125 g
6. 0 °C
7. –9,0°C
8. D
9. a) –38°C b) gelo comum e vapor de gelo seco
10. 0°C. mgelo= 46,875g , mágua = 253,125g
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