física - GOPEM

FÍSICA
PRÉ-VESTIBULAR
LIVRO DO PROFESSOR
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© 2006-2008 – IESDE Brasil S.A. É proibida a reprodução, mesmo parcial, por qualquer processo, sem autorização por escrito dos autores e do
detentor dos direitos autorais.
I229
IESDE Brasil S.A. / Pré-vestibular / IESDE Brasil S.A. —
Curitiba : IESDE Brasil S.A., 2008. [Livro do Professor]
732 p.
ISBN: 978-85-387-0576-5
1. Pré-vestibular. 2. Educação. 3. Estudo e Ensino. I. Título.
CDD 370.71
Disciplinas
Autores
Língua Portuguesa
Literatura
Matemática
Física
Química
Biologia
História
Geografia
Francis Madeira da S. Sales
Márcio F. Santiago Calixto
Rita de Fátima Bezerra
Fábio D’Ávila
Danton Pedro dos Santos
Feres Fares
Haroldo Costa Silva Filho
Jayme Andrade Neto
Renato Caldas Madeira
Rodrigo Piracicaba Costa
Cleber Ribeiro
Marco Antonio Noronha
Vitor M. Saquette
Edson Costa P. da Cruz
Fernanda Barbosa
Fernando Pimentel
Hélio Apostolo
Rogério Fernandes
Jefferson dos Santos da Silva
Marcelo Piccinini
Rafael F. de Menezes
Rogério de Sousa Gonçalves
Vanessa Silva
Duarte A. R. Vieira
Enilson F. Venâncio
Felipe Silveira de Souza
Fernando Mousquer
Produção
Projeto e
Desenvolvimento Pedagógico
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Calorimetria,
mudanças de fase
e propagação de
calor
Neste tópico inicial da calorimetria definiremos
as principais grandezas da calorimetria e discutiremos as unidades mais usadas. Recomendamos muito
cuidado com as unidades, pois nesta parte da Física
não costumamos trabalhar muito no SI.
EM_V_FIS_014
Calor
Como já vimos, podemos considerar, para o
calor, a seguinte conceituação clássica:
Macroscopicamente, calor é uma forma de
energia em trânsito, ou seja, uma energia que pode
ser transmitida de um corpo a outro, quando existe
uma diferença de temperatura entre eles
Quando um corpo está no estado sólido, suas
moléculas estão submetidas a uma grande força de
coesão e, por isso, oscilam em torno de uma posição
central considerada fixa.
Se cedermos calor a esse corpo, as moléculas oscilam com maior velocidade porque possuem energia
cinética maior e, portanto, a temperatura aumenta.
Se cedermos mais calor, superaremos a força de
coesão intermolecular e as moléculas podem agora
rolar umas sobre as outras , ou seja, ocorre a mudança
de estado sólido para o estado líquido.
Continuando a ceder calor, as moléculas do líquido, já com força de coesão diminuída, aumentam
sua energia cinética e libertam-se, escapando do
estado líquido e passando ao estado gasoso, onde
as moléculas com alta energia cinética passam a se
afastar umas das outras.
Grandezas calorimétricas
a)Capacidade térmica de um corpo (C): representa a razão entre a quantidade de calor
fornecida ou retirada de um corpo e a variação
de temperatura sofrida.
C=
Q
J
K
b)Calor específico médio de uma substância
(c): representa a razão entre a capacidade
térmica de um corpo e sua massa.
Sua unidade no SI é
c=
C
ou C = c . m
m
O calor específico se relaciona com a rapidez
de esfriamento ou aquecimento de um corpo; um
corpo de elevado calor específico demora mais para
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aquecer-se do que um outro corpo de menor calor
específico, quando ambos recebem a mesma quantidade de calor.
Quantidade de calor sensível (QS): é a quantidade de calor capaz de produzir variação de
temperatura em um corpo QS = C ; como
C = m . c, podemos escrever:
QS = m . c . Quantidade de calor latente (QL): é a quantidade de calor fornecida ou retirada de um corpo
para produzir mudança de estado físico; esse
calor não produz mudança de temperatura:
QL = m . L
onde L representa a constante da substância para a mudança de estado; por exemplo, o calor latente de fusão do gelo (Lgelo = 80cal/g).
específico da água 1cal/g°C; apesar da definição estipular a variação de temperatura
entre 14,5 e 15,5°C, usamos, genericamente,
cágua= 1cal/g°C para qualquer temperatura, já
que a variação desse valor é muito pequena;
c) podemos, então, definir a BTU por analogia
com a anterior, como a quantidade de calor
necessária para elevar, de 57,5 a 58,5°F, a
massa de 1lb de água pura;
d)como unidade derivada da caloria encontramos a quilocaloria (antigamente chamada
de grande caloria) tal que 1kcal = 1 000cal;
geralmente, quando um nutricionista nos
prescreve uma dieta de 2 000cal, ele está
usando a quilocaloria que é representada com
com a letra C maiúscula.
Gráfico Q X
Construindo-se um gráfico da quantidade de
calor recebida ou cedida por um corpo em função da
temperatura, teremos:
Unidades
As principais unidades de calor são:
a)no SI: o joule (J);
b)na prática, no Brasil, trabalhamos com a caloria (cal) tal que 1cal 4,186J;
Unidades
de calor específico
Lembrando que: QS = m . c
podemos , isoQs
lando c, escrever: c =
e deduzir as unidades
m
para calor específico:
J
a)no SI U(c) = kgK ;
cal
b)na prática U(c) =
; a partir dessa exg°C
pressão podemos dizer que uma caloria
2
é a quantidade de calor necessária para
elevar, de 14,5 a 15,5°C, a massa de 1g de
água pura e com isso, considerar o calor
onde a tg de
desse corpo.
representa a capacidade térmica
Trocas de calor
Colocando-se em contato dois corpos A e B,
com temperaturas A e B, respectivamente, tal que
> B, tão isolados do meio exterior quanto seja
A
possível, notamos que haverá passagem de calor
do corpo A para o corpo B até que eles atinjam uma
temperatura de equilíbrio eq. Para essa temperatura
de equilíbrio teremos A > eq > B; como o calor é
uma forma de energia e esta não pode ser criada ou
destruída, a quantidade de calor cedida pelo corpo A
será, obrigatoriamente, igual à quantidade de calor
recebida pelo corpo B, isto é:
Qced = Qced
A
B
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EM_V_FIS_014
c) é, também, bastante usada (especialmente
para aparelhos de ar-condicionado) a unidade BTU (British thermal unit), tal que 1BTU
252cal.
Este é o Princípio das trocas de calor e pode ser
assim enunciado: “Em um sistema adiabático (isolado termicamente), a quantidade de calor permanece
constante e se houver trocas de calor, a quantidade
de calor cedida por um ou vários corpos é numericamente igual à quantidade de calor recebida por um
ou mais corpos.”
Calorímetros
Para a determinação do calor específico de uma
sustância no estado sólido ou líquido, usamos dois
processos principais:
a)Processo das misturas: Nesse processo usamos um aparelho chamado calorímetro, constituído por dois vasos cilíndricos de latão, de
paredes polidas, ficando o vaso interior separado do exterior por calços de cortiça ou por
uma suspensão em fios de seda. A cobertura
dos vasos é atravessada por um termômetro e
pela baste do agitador. A principal qualidade
que deve ter um calorímetro é ser um sistema
adiabático, isto é, que não realiza trocas de
calor com o meio ambiente.
fria inicialmente contida no aparelho; a diferença
entre essas duas quantidades dá o calor absorvido
pelo calorímetro e, dividindo-se pela variação da
temperatura, obtém-se a capacidade calorífica, numericamente igual ao equivalente em água, isto é,
Cágua = C calorímetro ou mágua . cágua = Ccalorímetro e como
cágua = 1cal/gºC
m água = Ccalorímetro
b)Processo do poço de gelo (Black): Em um
bloco de gelo pratica-se uma escavação, na
qual introduziremos determinada massa do
sólido (M), cujo calor específico (c) queremos
determinar, previamente aquecido a uma
temperatura ; a escavação ou poço será então recoberta por outro bloco de gelo.
EM_V_FIS_014
agitado Termômetro
Para medir o calor específico de um sólido ou
líquido, devemos colocar certa massa m da substância, previamente aquecida, na água contida no vaso
interno; a substância cederá calor à água e ao vaso
calorimétrico com seus acessórios e, quando se tiver
atingido o equilíbrio térmico, estabelece-se uma equação exprimindo a igualdade entre o calor cedido pela
substância e o calor ganho pela água, pelo calorímetro
e pelos acessórios.
Nessa equação deve figurar como única incógnita o calor específico procurado. Para evitar o cálculo
em separado das quantidades de calor absorvidas
pelo vaso e acessórios, podemos determinar experimentalmente o valor em água do calorímetro, da
seguinte maneira: mistura-se com a água fria do
calorímetro uma determinada massa de água quente
e espera-se o equilíbrio térmico; calcula-se o calor cedido pela água quente e o calor absorvido pela água
O sólido quente fundirá gelo até atingir a temperatura de 0°C. No final, recolhe-se a água de fusão
e mede-se sua massa m.
Sabemos que para fundir 1g de gelo são necessárias 80cal; sendo m a massa de gelo fundido, o calor
absorvido foi Qrec gelo = 80m calorias e, sendo o calor
cedido pelo corpo Qced corpo = M . c . , temos a igualdade
M . c . = 80m ou c = 80m.
M
Se tivermos uma substância líquida, esta deverá
ser encerrada em um tubo de vidro que será levado
ao poço.
Trocas de calor
Admitido um sistema adiabático, isto é, isolado
termicamente do, meio externo, podemos aplicar a
lei da conservação de energia mesmo quando houver
uma mudança de estado físico.
Qced = Qrec
A
B
Consideradas as substâncias puras e algumas
ligas especiais, verificamos que durante a mudança
de estado físico a temperatura permanece constante e o calor envolvido é chamado de calor latente,
obedecendo à expressão QL = mL, onde L represen-
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3
Exemplo:
(PUC) A 160g de água inicialmente a 35ºC, contidos
em um calorímetro, são acrescentados 40g de gelo a
–20ºC.
Sabe-se que os calores específicos da água e do gelo,
bem como o calor latente de fusão deste, valem, respectivamente: cágua = 1,00cal/g .ºC;
cgelo = 0,50 Lf = 80cal/g.
cal/g .ºC
Assim, desprezando-se as perdas, pode-se afirmar que a
temperatura final de equilíbrio da mistura vale:
a) 7,5ºC
b) 10ºC
c) 12ºC
160 (35 –
) = 400 + 3 200 + 40 ou
eq
5 600 – 160
eq
= 3 600 + 40
2 000 = 200
eq
e, portanto,
Vamos inicialmente aplicar a equação Qced = Qrec ; a água
A
B
cede calor e o gelo recebe calor; a água cedendo calor
se resfria, isto é, sofre um , até atingir a temperatura
de equilíbrio; o gelo, a – 20°C, primeiro recebe calor para
se aquecer até 0°C, porque o gelo sob pressão normal
não se funde numa temperatura abaixo de 0°C, ao atingir
0°C se funde, mantendo a temperatura constante (calor
latente) e a água, proveniente da fusão do gelo, que está
a 0°C, também vai receber calor até atingir a temperatura
de equilíbrio; então, teremos:
para a água
Qced = Qágua = m cágua
= 160 x 1 x ( 35 –
);
eq
= 10°C.
(Fac. Nac. Med.) Passam-se 200g de vapor de água
a 150°C, num calorímetro de alumínio de massa
850g, contendo 0,8kg de gelo a –10°C. Qual a temperatura final, considerando-se: c vapor = 0,46cal/g°C,
c alumínio = 0,22cal/g°C, c gelo = 0,5cal/g °C, L vaporização
= 540cal/g e L fusão = 80cal/g.
Vamos aplicar a equação Qced = Qrec ; o vapor cede calor
A
B
e o calorímetro e o gelo recebem calor; vamos admitir
que no equilíbrio térmico haverá água no calorímetro;
então:
A
e) 24ºC.
eq
Exemplo:
Qced = Qvapor= m cvapor
d) 18ºC
+ mcondensaçãoL + m cágua
;
o primeiro termo m c se refere ao refriamento do vapor,
o termo m L à sua passagem para o estado líquido e o
segundo termo m c
ao refriamento da água que foi
formada pelo vapor até a temperatura de equilíbrio; para
o calor recebido:
Qrec = Qcalorímetro + Qgelo , onde Qcalorímetro = m cAlumínio ,
B
porque ele só sofre calor sensível e Qgelo = m cgelo
mfusãoL + m cágua ; então:
+
Qvapor = 200 x 0,46 x (150 – 100) + 200 x 540 + 200 x
1 x ( 100 – eq)
Qvapor = 4 600 + 108 000 + 20 000 – 200
Qvapor = 132 600 – 200
eq
eq
ou
; para o calorímetro
para o gelo teremos, agora,
Qcalorímetro = 850 x 0,22 x [ eq – (– 10 )] (a sua temperatura
inicial é a mesma do gelo) e operando, vem
Qgelo= Qgelo sensível+ Qfusão+Qágua sensível ou Qgelo= m cgelo
+m L+m cágua
Qcalorímetro = 187
A
e portanto,
Qgelo = 40 x 0,5 x [0 – (–20)] + 40 x 80 + 40 x 1 x
( eq – 0)
notando que, a massa m é constante, isto é, 40g de gelo
transformam-se em 40g de água, no calor sensível usamos,
pela primeira vez c = 0,5cal/g°C que é o calor específico do
gelo e na segunda vez c = 1cal/g°C porque já temos água
e não mais gelo; a temperatura inicial do gelo é – 20°C e
sua temperatura final é 0°C, pois o gelo só é aquecido até
4
0°C e a partir daí ele entra em fusão e a temperatura inicial
da água, proveniente do gelo, é de 0°C; igualando as duas
expressões, tem-se:
eq
+ 1 870; para o gelo
Qgelo= 800 x 0,5 x [ ( 0 – ( – 10 ) ] + 800 x 80 +
+ 800 x 1 x (
eq
– 0 ), donde
Qgelo= 4 000 + 64 000 + 800
eq
= 68 000 + 800
eq
.
Como Qvapor = Qcalorímetro+ Qgelo , substituindo os valores, vem:
132 600 – 200 eq= 187 eq+1 870 + 68 000 + 800 eq ou 62
730 = 1 187 eq
eq
52,85°C.
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EM_V_FIS_014
ta a constante da substância para a mudança de
estado.
Durante a resolução dos exercícios usaremos
além da expressão calor sensível, a expressão calor
latente.
Mudanças de estado físico
Sublimação
É a passagem direta do estado sólido para o
estado gasoso, sem passar pelo estado líquido; algumas substâncias fazem sublimação em condições
normais como por exemplo, o gelo seco, o iodo, a naftalina. Quando estudarmos as curvas de Andrews,
nos próximos tópicos, vamos mostrar que qualquer
substância pode fazer esse fenômeno, em condições
especiais.
Fusão
Fusão é a passagem do estado sólido para o líquido por ação do calor; é uma mudança endotérmica,
isto é, na fusão o corpo recebe calor; denomina-se
fusão franca ou fusão brusca quando não aparecem
estados intermediários como ocorre nas substância
puras e nas ligas eutéticas; na fusão lenta, fusão
vítrea ou fusão pastosa, o sólido passa pelo estado
pastoso e pelo estado viscoso antes de atingir o estado líquido (exemplo: a fusão do vidro).
a) Leis da fusão brusca: são duas as leis da fusão
brusca:
I) sob pressão constante, cada substância
funde a uma temperatura fixa, denominada
ponto de fusão;
EM_V_FIS_014
II)sob pressão constante, a temperatura
permanece constante enquanto durar o
fenômeno da fusão. Essa última lei mostra
que o calor absorvido durante a fusão não
é calor sensível, pois não ocasiona variação de temperatura, mas é calor latente,
utilizado para vencer a coesão molecular.
b)Variação de volume durante a fusão: os
fundentes podem ser distribuídos em duas
categorias; fundentes de primeira categoria
são os que aumentam de volume com a fusão,
de modo que o líquido é menos denso que a
parte sólida e esta fica então submersa; a esta
categoria pertence a maior parte dos metais;
fundentes de segunda categoria são os que
se contraem com a fusão e portanto, a parte
sólida pode flutuar na líquida; o gelo é o mais
importante fundente dessa categoria.
c) Influência da pressão sobre o ponto de fusão:
depende da categoria do fundente; nos fundentes de primeira categoria, a pressão eleva
o ponto de fusão e nos de segunda categoria,
a pressão abaixa o ponto de fusão; por isso o
gelo pode fundir-se à temperatura inferior a
O°C, quando sujeito à pressão, mas cessando a força premente, dá-se o regelo, isto é, o
líquido congela-se imediatamente (o regelo
explica-nos a plasticidade do gelo, isto é, a
possibilidade de modelar o gelo sob pressão).
O aumento de volume da água ao congelar-se
é a causa da grande força expansiva do gelo,
como o prova a ruptura de garrafas quando se
congela a água em seu interior ou a ruptura
de rochas porosas, por congelação da água
acumulada nos poros.
Solidificação
É a passagem do estado líquido para o estado
sólido; é uma mudança exotérmica, isto é, na solidificação o corpo cede calor; segue três leis:
a)sob pressão constante, cada substância se
solidifica a uma mesma temperatura, que
coincide com a de fusão e é denominada
ponto de solidificação;
b)sob pressão constante, a temperatura permanece invariável enquanto durar o fenômeno
da solidificação;
c) na solidificação a substância perde a mesma
quantidade de calor que absorveria durante
a fusão.
Superfusão ou sobrefusão
É a permanência de uma substância em estado
líquido, em temperatura inferior a do seu ponto de
fusão ou solidificação. A água, o fósforo, o enxofre, a
glicerina são substâncias que facilmente ficam em
sobrefusão. Esse fenômeno se dá quando o líquido
é resfriado lentamente sem sofrer qualquer abalo,
admitindo-se, por isso, tratar-se de um caso de falso
equilíbrio de moléculas. A menor agitação da massa
líquida ou a introdução de um fragmento sólido em
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seu interior, faz cessar a sobrefusão, solidificando-se
imediatamente o conjunto ou parte dele e elevando-se
a temperatura ao ponto de fusão. Nos tubos capilares
a sobrefusão é mais frequente, o que explica a possibilidade de manutenção de seiva líquida nos vasos dos
vegetais, mesmo em caso de frio rigoroso.
Gráficos da fusão - solidificação
Fazendo-se um gráfico x Q teremos:
A diferença Q2 – Q1 nos dá a quantidade de calor
envolvida na mudança de estado.
Fazendo o gráfico das trocas de calor de um
corpo sólido que cede calor para um outro que sofre
fusão incompleta, teremos:
Vaporização
É a passagem do estado líquido para o gasoso.
Quando a vaporização se efetua pela superfície do
líquido, denomina-se evaporação; quando os vapores
se formam tumultuosamente no interior do próprio
líquido, temos a ebulição.
O estudo das propriedades dos vapores e das
leis a que obedecem é comodamente realizado quando se efetua a vaporização no vácuo; esse fenômeno
pode ser produzido em uma câmara barométrica, à
qual fazemos chegar gotas do líquido a vaporizar; inicialmente verifica-se que a vaporização é instantânea
e o mercúrio do tubo barométrico vai sendo abaixado
à medida que aumenta a quantidade de vapor. Chegará, porém, o momento em que o líquido não mais
se vaporiza, acumulando-se sobre a superfície do
mercúrio: diz-se que a câmara está saturada de vapor
ou que o vapor ali existente é saturante.
Logo que se atinge a saturação, o mercúrio do
tubo mantém-se em altura constante e isso indica
que o vapor atingiu sua força elástica máxima. Vapor
saturante é, portanto, o vapor que possui, a uma determinada temperatura, sua força elástica ou pressão
máxima e é reconhecido por só existir em presença
do líquido gerador.
Antes de atingir o estado de saturação, diz-se
que o vapor da câmara é vapor seco. Os vapores secos
obedecem às mesmas leis que os gases comuns (Leis
de Boyle-Mariotte, de Gay-Lussac e Charles), mas os
vapores saturantes obedecem a leis particulares.
Leis dos vapores saturantes
Podemos considerar três leis para os vapores
saturantes:
a)A pressão máxima do vapor, a uma dada
temperatura, varia com a natureza do líquido
gerador;
Se o corpo fizer fusão completa, teremos:
b)A pressão máxima do vapor é independente do
volume por ele ocupado (não obedece à lei de
Boyle-Mariotte);
c) A pressão máxima do vapor cresce com a temperatura.
6
É a formação de vapores na superfície do líquido. Chamamos velocidade de evaporação à razão
entre a massa de vapor formado e o tempo de evaporação. Os líquidos capazes de evaporação intensa
à temperatura ordinária, chamam-se voláteis (éter,
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EM_V_FIS_014
Evaporação
álcool) e os demais líquidos são chamados fixos
(mercúrio, azeite etc.).
A evaporação obedece às seguintes leis de
Dalton:
a)a evaporação em atmosfera livre é contínua;
b)a velocidade de evaporação é proporcional à
diferença entre a pressão máxima do vapor
à temperatura do líquido e a pressão que ele
possui na atmosfera;
c) a velocidade de evaporação é inversamente
proporcional à pressão atmosférica;
d)a velocidade de evaporação é proporcional à
área da superfície livre do líquido.
Essas leis podem ser expressas pela fórmula:
KS (F – f)
V=
Pr
onde K é uma constante dependente da natureza do líquido e do estado de agitação do ar, S é a
área de superfície livre do líquido, (F – f) é a diferença
entre a tensão máxima do vapor à temperatura do
líquido e a tensão que ele possui na atmosfera e Pr
é a pressão atmosférica.
Ebulição
É a passagem tumultuosa do estado líquido para
o estado gasoso, com presença de bolhas gasosas.
Segue, também, três leis:
a)sob pressão constante, cada líquido entra em
ebulição a uma determinada temperatura,
denominada ponto de ebulição;
b)sob pressão constante, a temperatura permanece invariável, enquanto durar o fenômeno
da ebulição;
c) a pressão de vapor produzido durante a ebulição é igual à pressão exterior.
EM_V_FIS_014
Diversos fatores podem influir sobre o ponto de
ebulição de um líquido:
a)a pressão: o aumento de pressão retarda o
ponto de ebulição; inversamente, a baixa
de pressão permite que o líquido ferva em
temperatura mais baixa, podendo a água
entrar em ebulição mesmo à temperatura
de 0°C, sob a campânula de uma máquina
pneumática;
b)a natureza do vaso: em vasos metálicos os líquidos fervem mais facilmente que em vasos
de vidro, o que se deve à maior quantidade
de bolhas de ar aderentes à parede e que
facilitam a ebulição.
c) a presença de bolhas gasosas: notamos que a
presença de bolhas gasosas no seio do líquido
acelera a ebuIição; é por isso que um líquido
ferve em temperatura cada vez mais elevada
quando é submetido a ebulições sucessivas
no mesmo vaso e dizemos, então, que o líquido entra em superaquecimento;
d)a dissolução de substâncias no líquido: a ebulição sofre uma variação de tempo, de acordo
com a lei de Raoult.
Calefação
Vaporização abrupta, quase instantânea, que
ocorre quando uma gota de líquido entra em contato
com uma superfície muito quente, com temperatura
bem acima da temperatura normal de ebulição.
Destilação
É o fenômeno de vaporização de um líquido
seguido da condensação do vapor. Tem por fim separar, em uma mistura, substâncias diferentemente
voláteis, permitindo obter líquidos puros; industrialmente, essa operação se realiza no alambique.
Liquefação
É a passagem do estado gasoso para o estado
líquido; inicialmente, foi obtida por compressão ou
por resfriamento, ou ainda, pelos dois processos, mas
alguns gases, como o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, metano etc. não puderam ser liquefeitos e foram,
por isso, considerados gases permanentes.
O físico inglês Andrews demonstrou, porém, a
existência, para cada gás, de uma temperatura crítica, acima da qual o gás não pode ser liquefeito por
compressão. A pressão capaz de liquefazer um gás à
temperatura crítica chama-se pressão crítica; densidade crítica é a densidade apresentada na temperatura
crítica e volume crítico é o volume da unidade de massa
a essa temperatura, que é também chamada ponto
crítico.
A distinção entre gás e vapor pode ser feita do
seguinte modo: gás é um fluido aeriforme quando
acima de sua temperatura crítica e vapor é o fluido
abaixo dessa temperatura. Em outras palavras, o
vapor pode ser liquefeito por simples compressão,
mas o gás exige primeiro um resfriamento que o leve
a uma temperatura inferior à crítica.
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Curvas de Andrews
Propagação do calor
São curvas representadas num gráfico Prx ; que
mostram as fases da substância, o ponto crítico e a
temperatura crítica.
Podemos considerar três processos de propagação
do calor:
Condução
vaporização
condensação
Curvas de Andrews para a H2O: a inclinação
negativa da uma de fusão mostra o comportamento
anômalo da água.
8
EM_V_FIS_014
Curvas de Andrews para a CO2. A inclinação
negativa da curva de fusão mostra o comportamento
anômalo da água.
É a maneira clássica de propagação nos sólidos;
se aquecermos, numa chama, a extremidade de uma
barra metálica, verificaremos, segurando a outra
extremidade, que aos poucos ela vai se aquecendo,
embora não esteja em contato direto com a chama;
dizemos, então, que o calor atinge o outro extremo
por condutibilidade ou por condução.
Podemos explicar a condutibilidade por meio
do movimento dos átomos: estes na extremidade em
contato com o fogo, têm o seu movimento aumentado, por meio de choques que recebem das partículas
aquecidas e emitidas pelo corpo em combustão (gás,
carvão etc.); os choques recebidos pelas partículas
do corpo aquecido, aumentando a energia cinética
das mesmas, faz com que choques sejam efetuados
contra os demais átomos do corpo; isto se transmite
portanto, de camada em camada do corpo e, por fim,
o corpo todo se encontra aquecido.
Podemos comparar o sólido a uma coleção de
bolas elásticas, que representam as moléculas, bem
afastadas uma das outras e unidas, cada uma, às
imediatamente vizinhas, por meio de molas (as forças
elásticas das molas representam aqui as forças atrativas entre as moléculas) se as bolas de um lado se
põem a oscilar, o movimento se propaga rapidamente
por todo o sólido.
Os sólidos podem ser classificados como bons
e maus condutores de calor; os metais, por exemplo,
conduzem melhor o calor; isso se deve ao fato da sua
estrutura microcristalina bem regular, que permite a
transmissão dos movimentos oscilatórios das moléculas ao longo do corpo, com rapidez.
Ingenhouz provou, usando a aparelho mostrado na figura a seguir, a diferente condutibilidade do
calor nos sólidos: a caixa tem uma de suas paredes
atravessada por hastes de diferentes substâncias,
cujas extremidades livres são cobertas com parafina.
Colocando-se água quente na parte interna da caixa,
notamos que a parafina não derrete, ao mesmo tempo,
em todas elas.
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R
Se pegarmos uma chapa de espessura d, área
de superfície A e mantivermos entre suas faces uma
diferença de temperatura constante θ1 e θ2 (θ1 > θ2),
observaremos um fluxo de calor (Φ) atravessando a
chapa.
R
A
B
d)a lâmpada de segurança dos mineiros (Lâmpada de Davy): a chama é envolvida por uma
tela metálica que, por ser boa condutora de
calor, impede que o calor a atravesse, evitando risco de incêndio ou explosão.
Fourier determinou, teoricamente, que o fluxo de
k A (θ1–θ2)
calor vale Φ =
, em que k é a constante de
d
Q
condutibilidade do material; como Φ = , podemos
Δt
k A ( 1– 2)Δt
escrever: Q =
.
d
Abaixo apresentamos uma tabela com os valores de k em alguns materiais:
material k (cal/cm s °C) material k (cal/cm s °C)
prata
9,90 x 10 – 1
concreto
4,10 x 10 – 3
cobre
9,20 x 10 – 1
vidro
2,50 x 10 – 3
alumínio
5,04 x 10 – 1
madeira
2,00 x 10 – 4
aço
1,20 x 10
–1
chumbo
8,30 x 10
–2
mercúrio
2,00 x 10 – 2
feltro
1,08 x 10
cortiça
1,02 x 10 – 4
ar
5,30 x 10 – 5
Temos várias aplicações da condutibilidade:
a)as panelas são de metal (bom condutor), mas
os cabos são de madeira, borracha, plástico
(maus condutores);
b)cobrimos os dutos de ar-condicionado com
isopor para evitar perdas;
EM_V_FIS_014
Convecção
–4
c) as telas de arame colocadas sobre a chama do
bico de Bunsen: como elas conduzem bem o
calor, se acendermos o gás abaixo da tela (R),
as chamas (C) se mantêm somente na parte
inferior da tela;
A propagação por convecção é realizada em fluidos (líquidos ou gases) e é um processo de transferência
de energia térmica por movimento de matéria.
Na convecção natural, o calor transmitido provoca diferença de densidade no fluido e gera um
movimento natural de porções do líquido ou gás; na
convecção forçada, a massa do fluido é movimentada
por um dispositivo mecânico, como um ventilador,
por exemplo.
Um fluido ao ser aquecido se expande, de modo
que diminui a sua densidade e, dessa forma, sobe
através de regiões da substância líquida de maior
densidade e mais frias. Esse processo é contínuo e
a circulação tende a manter o líquido aquecido de
maneira uniforme; a convecção térmica é uma transferência de energia térmica, de uma região a outra,
pelo transporte de matéria.
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Numa geladeira, notamos que as prateleiras
são vazadas e o congelador é sempre colocado na
parte superior; assim as prateleiras não impedem as
correntes de convecção e o ar quente, como é menos
denso sobe até o congelador, onde esfria e desce,
mantendo toda a geladeira, praticamente, à mesma
temperatura.
Congelador
Podemos notar nos pássaros com grande envergadura de asas, que eles circulam em uma determinada região sem bater as asas, mas subindo cada vez
mais por causa das correntes de convecção presentes
no ar.
Irradiação
Dá-se o nome de irradiação do calor à sua propagação por meio de ondas eletromagnéticas; ao
calor que se propaga por irradiação dá-se o nome
de calor radiante.
O calor radiante chama-se calor obscuro quando é emitido por um corpo quente não-luminoso, tal
como um vaso cheio d’água a ferver; e chama-se
calor luminoso se é emitido pelos corpos quentes
luminosos, tais como o Sol, os metais incandescentes,
as chamas etc.
Podemos considerar seis leis para o calor radiante:
a)um corpo emite calor em todas as direções e
sentidos;
b)admitido um meio homogêneo, o calor radiante se propaga em linha reta;
f) a intensidade de calor radiante é proporcional
ao cosseno do ângulo de incidência.
Os corpos podem ser considerados como diatérmanos, quando não são aquecidos pelo calor radiante
e atérmanos quando o são. Existem materiais como
o vidro e o próprio ar, que são diatérmanos para o
calor radiante luminoso e atérmanos para o calor
radiante obscuro.
A irradiação obedece às seguintes leis:
a)Lei de Prevost ou dos intercâmbios: todos
os corpos estão, continuamente, irradiando
energia calorífica; admitido um estado de
equilíbrio térmico, a energia irradiada por
um corpo é igual à energia absorvida por
ele, sob forma de radiação, dos corpos circundantes.
b)Lei de Kirchhoff: a uma dada temperatura,
um corpo que é bom absorvedor de calor é
também um bom emissor de calor.
c) Lei de Stefan-Boltzmann: a potência emissiva
total (energia radiante total por segundo por
metro quadrado) do corpo negro é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta da fonte calorífica; a potência emissiva
total pode ser chamada de emissividade (e)
e podemos escrever: ecorpo negro = σ T4, onde
σ é a constante de Stefan-Boltzmann e vale
W
5,735 x 10–8, m2K4 ; um corpo qualquer tem
emissividade igual à uma fração da emissividade do corpo negro, ou seja, ecorpo real = a σ
T4, onde a representa a absorvidade, isto é,
a fração da energia radiante absorvida pelo
corpo.
1. (UFSC) Um corpo recebe de uma fonte 5 000cal/min,
sem ceder calor. O gráfico fornece a temperatura θ do
corpo em função do tempo t. A capacidade térmica do
corpo em cal/ºC é:
c) o calor radiante, como onda eletromagnética,
se transmite no vácuo;
e)a intensidade de calor radiante é inversamente proporcional ao quadrado da distância à
fonte calorífica;
10
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EM_V_FIS_014
d)a intensidade de calor radiante é proporcional
à temperatura absoluta da quarta potência;
a) 150
Com base no gráfico, podemos afirmar que:
a) o calor específico de A é maior que o de B.
b) 250
b) o calor específico de B é maior que o de A.
c) 350
c) a capacidade térmica de A é maior que a de B.
d) 200
d) a capacidade térmica de B é maior que a de A.
e) 180
``
e) a capacidade térmica de A é igual a de B.
Solução: D
``
Q
podemos escrever: Q = Po . t e subsComo: Po =
t
tituindo pelos valores Q = 5 000 . 2 = 10 000cal; como
a variação de temperatura sofrida foi (60 – 10), vem:
C = 10 000 = 200cal/°C.
50
2. (UFF) O gráfico abaixo refere-se à quantidade de calor
fornecida a 10 litros de água e à consequente variação
de temperatura.
(103J)
Solução: C
No gráfico Q X , a tangente do ângulo entre a curva e o
eixo , representa a capacidade térmica (C); podemos então
notar que A > B e como são ambos de 1.º quadrante, tg
> tg B, ou seja, C A > C B.
A
4. (Fuvest) Um aquecedor de água, que utiliza energia
solar, absorve, num dia ensolarado, uma potência
de 2 000 W. Para aquecer 100 litros de água, desde
15ºC até 40ºC nesse aquecedor, desprezando-se as
perdas, serão necessários, aproximadamente:
(calor específico da água = 4 000J . kg–1 . K–1)
a) 10 minutos.
b) 20 minutos.
c) 40 minutos.
O calor específico da água é J . kg–1 . K –1 igual a:
a) 41,8
d) 80 minutos.
e) 160 minutos.
b) 23,9
``
c) 1,0
d) 4,18 × 10
Q
Q
, podemos escrever t =
=
Po
t
mc
mc
e por ser calor do tipo sensível, t =
;
Po
Po
admitindo-se que 1 litro de água corresponde a 1kg,
e) 2,9 × 102
``
Solução: D
Sendo c =
Qs
m
e admitindo-se que 1 litro de água
2717 . 103
corresponde a 1kg , teremos c = ou
10 . 65
J .
c = 4,18 . 103 kgK
3. (Benett) As quantidades de calor recebidas por dois
corpos, A e B, em função de suas temperaturas, estão
mostradas no gráfico abaixo.
100 . 4 000 . (40 – 15)
t = 5 000s,
2 000
pois estamos trabalhando no SI; como a questão
teremos t =
pede em minutos: t =
5 000
ou
60
t = 83,33.
5. (FCM-UEG) Um calorímetro contém 200 gramas de
água a 15°C. Derramam-se nele 25 gramas de água a
80°C. A temperatura final é de 20°C. Qual o equivalente
em água do calorímetro?
``
EM_V_FIS_014
Solução: D
Como Po =
3
Solução:
Q80 + Q15 + Qcal = 0
–1 500 + 1 000 + 5 m . c = 0 ou 500 = 5 m . c;
⇒m . c = 100, donde E água = 100g
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11
6. (Elite) Em um mesmo recipiente, colocamos 100 gramas
de água a 20°C, 60 gramas de água a 50°C, 150 gramas
a 10°C e 200 gramas de água a 30°C. Desprezando-se a
capacidade calorífica do recipiente, pede-se a temperatura
final da mistura.
100 . 1 . (T – 20) + 60 . 1 . (T – 50) + 150 . 1 . (T – 10)
+ 200 . 1 .(T – 30) = 0
Qabs = 110,93 . 103
Qabs = 1,1 .105J
9. (UEG) A uma mistura de 10 gramas de gelo e 30 gramas
de água em equilíbrio térmico, junta-se um fragmento
de ferro com 50 gramas à temperatura de 100°C. Qual
é o estado final da mistura s?
10T – 200 + 6T – 300 + 15T – 150 + 20T – 600 = 0
51T = 1 250
7.
a) 20ºC
Vamos proceder como nos exemplos dados:
Qced = Qced ; vamos considerar que todo o gelo se derA
B
rete e a água proveniente do gelo é aquecida até a eq ;
e, portanto, Q
Qced = Qferro = m c
A
x (100 – eq ) = 500 – 5 eq
ferro
= 50 x 0,1
Qágua = m c = 30 x 1 x ( eq – 0) porque como a água
e o gelo estavam, inicialmente, em equilíbrio térmico, as
suas temperaturas eram 0°C e então:
d) 24ºC
e) 23ºC
Qágua = 30
Solução: C
Q
Q
CB =
CA =
20
25
CA(T – 20) + CB(T – 25) = 0
CA
5
=
CB
4
5
C (T – 20) + CB (T – 25) = 0
4 B
5T – 100 + 4T – 100 = 0
T=
200
≅ 22°C
9
8. (Fuvest) A temperatura do corpo humano é cerca de
36,5ºC. Uma pessoa toma um litro de água a 10ºC. Qual
a energia absorvida pela água?
`` Solução:
12
Solução:
B
c) 22ºC
9T = 200
``
Qrec = Qágua + Qgelo ; como
b) 25ºC
``
Dados : cferro 0,1cal/g °C, cgelo = 0,5cal/g°C e Lfusão =
80cal/g.
T ≅ 24,5°C
(IME) Tem-se quantidades determinadas de dois líquidos quimicamente indiferentes e a temperatura de
0ºC. Transferindo-se quantidades de calor iguais para
os dois líquidos, eles atingem, respectivamente, as
temperaturas de 20ºC e 25ºC. Misturando-se os dois
líquidos em um vaso adiabático, a temperatura final de
equilíbrio será de:
– ’água )
Qabs = 1 . 4,186 . 103 ( 36,5 – 10 )
Solução:
Q20 + Q50 + Q10 + Q30 = 0
água
O homem é um animal homeotermo, isto é, não vai
haver equilíbrio térmico entre o corpo humano e a
água absorvida; o corpo despenderá energia para
aquecer a água que foi bebida até que ela chegue a
36,5°C, mas ele não experimentará variação sensível
de temperatura; então:
; para o gelo
eq
Qgelo = mL + m c
ou
Qgelo = 10 x 80 + 10 x 1 x (
Qgelo = 800 + 10
eq
– 0), donde
; como
eq
Qferro = Qágua + Qgelo , teremos
500 – 5
eq
= 30
eq
+ 800 + 10
eq
= –6,67.
eq
,
portanto:
–300 = 45
eq
Cuidado, essa resposta é absurda, pois a temperatura
final não pode ser maior que a maior das temperaturas dos
corpos, nem menor que a menor delas. A resposta então
é 0°C, significando que nem todo o gelo se derrete e, sobrando água e gelo em equilíbrio térmico, a temperatura
será, sob pressão normal, 0°C . Podemos demonstrar que:
o valor máximo do calor cedido pelo ferro será quando ele
for levado a 0°C, ou seja:
Qgelo + Qferro = 0
mgeloLfusão + mferrocferro (0 –
)=0
ferro
80m + 50 . 0,1 . (0 – 100) = 0
m = 6,25g sobraram 3,75g de gelo à temperatura de 0°C.
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EM_V_FIS_014
``
Qabs = mágua cágua (
11. O gráfico indica a curva de aquecimento de uma substância pura inicialmente sólida. A massa aquecida é
igual a 20,0g e o calor latente de fusão da substância
é 1,5cal . g–1.
10. (Fac. Nac. Med.) A hipotermia induzida consiste em baixar a temperatura do paciente a um nível determinado,
com fins cirúrgicos ou terapêuticos. Uma das técnicas
utilizadas é a imersão do paciente numa banheira cheia
de uma mistura de água e gelo em equilíbrio, após
haverem sido ministrados medicamentos que eliminam
a reação do organismo contra o frio. Considere um
paciente de massa corpórea igual a 70kg, sendo o calor
específico do corpo humano praticamente igual ao da
água. Ao ser mergulhado na banheira, a temperatura
corpórea era de 40°C. Ao fim de um dado período de
imersão, tanto o paciente quanto a água que o banhava
estavam a 20°C. Supondo que não haja produção de
calor no corpo durante o processo, nem troca calórica
entre o sistema e o ambiente, calcule a massa de gelo
inicialmente presente no banho.
Dados: massa total de gelo e água = 50kg
Lfusão = 80cal/g
A temperatura de fusão da substância, em graus Celsius,
vale:
a) 0,0
b) 20
c) 30
d) 40
e) 50
``
A questão envolve apenas o poder de observação do
aluno: pela leitura direta do gráfico, constatamos que o
ponto de fusão é 40°C, pois ocorre um patamar nessa
parte do gráfico.
a) 5g
b) 50g
c) 500g
d) 5 000g
e) nenhum dos valores acima.
``
12. (FAC. NAC. MED.) Uma massa de água de 228 quilogramas está a 37,5°C. Qual a massa de gelo fundente
que será necessária acres­centar para que a temperatura
final seja 15°C ?
Dado : calor de fusão do gelo 80cal/g.
Solução: D
``
Qcedcorpo = Qrecágua + gelo
Qcorpo = m c
Solução: D
= 70 x 103 x 1 x (40 – 20) ou
Qcorpo = 1,4 x 106cal
Qágua + gelo = mágua c
+ mgeloL + mgelo c
Qágua + gelo = mágua x 1 x (20 – 0) + mgelo x 80 + mgelo
x 1 x (20 – 0)
Qágua + gelo = (50 x 10 3 – mgelo) x 1 x 20 + 80mgelo +
+ 20mgelo
Solução:
Q cedA = Qágua
Qágua = m . c
= 228 . 103 . 1 . (37,5 – 15)
Para o gelo teremos:
Qgelo = Qfusão + Qsensível = mL + m . c
e, portanto,
Qgelo = m . 80 + m .1(15 – 0); igualando as duas expressões, vem:
228 . 103 . 22,5 = 95m ou 5 130 . 10 3 = 95m
m = 54 x 103g = 54kg.
Qágua + gelo = 1 x 10 6 – 20mgelo + 100mgelo
Qágua + gelo = 1 x 10 6 + 80mgelo
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1,4 x 10 6 = 1 x 10 6 + 80mgelo ou
0,4 x 10 6 = 80mgelo
mgelo = 5 000g
13. (Cesgranrio) Para refrescar uma bebida, costuma-se
colocar cubos de gelo a 0ºC.
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13
c) apenas a 3 é correta.
A razão de preferir-se pôr gelo (a 0ºC) em vez da
mesma massa de água (a 0ºC) é que:
a) parte do calor necessário para fundir o gelo é
retirada da bebida, esfriando-a.
e) apenas 2 e 3 são corretas.
``
Afirmativa 1: errada porque o ar expelido pelos pulmões
está mais quente que o meio externo e por isso se
condensa.
c) a temperatura de fusão do gelo é igual à temperatura de congelamento da água.
Afirmativa 2: correta, como podemos notar pelas curvas
de Andrews; o aumento de pressão produz abaixamento
do ponto de fusão (para a água essa curva é anômala).
d) o gelo condensa o vapor de água, esfriando assim a bebida.
Afirmativa 3: correta, como também podemos notar
pelas curvas de Andrews; o aumento de pressão produz
elevação do ponto de ebulição; geralmente na panela de
pressão a água ferve a 115°C.
e) o gelo retira o seu calor latente de fusão do ar
ambiente, cedendo-o ao líquido da bebida.
``
Solução: A
Se colocássemos água a 0°C na bebida, cada massa
de 1g de água retiraria 1 caloria da bebida e subiria
para 1°C ; usando-se gelo a 0°C, cada 1g de gelo,
só para se fundir, retiraria 80cal da bebida, e aí,
transformado em água, retiraria 1 caloria da bebida
e subiria para 1°C
14. (UFF) Se você desejar que a água de uma panela ferva
à temperatura ambiente, deverá:
a) aumentar a quantidade de fogo sob a panela.
b) aumentar a área da panela em contato com a chama.
c) utilizar menor quantidade de água.
16. (UFGO) É comum, entre estudantes do Ensino Médio, a ideia de que a Física é uma disciplina difícil,
muito teórica e de pouca utilidade para a nossa vida.
Alguns até dizem “Pra que Física no vestibular, se
nunca mais vou precisar dela?”. Essa concepção é
equivocada, pois os conceitos, leis e princípios da
Física estão presentes na compreensão de muitas
situações do cotidiano. Por exemplo:
a) Os alimentos cozinham mais rapidamente numa
panela de pressão do que numa panela comum,
porque com o aumento da pressão a água entra em ebulição a uma temperatura maior que
100°C.
d) utilizar uma panela cujo material tenha elevada condutibilidade térmica.
e) diminuir a pressão sobre a água.
``
Solução: E
b) Ao esquecer aquela cervejinha dentro do congelador, você a encontra estourada; isso aconteceu porque a temperatura muito baixa faz o
vidro trincar.
Como podemos observar pelas Curvas de Andrews, a
diminuição de pressão provoca abaixamento da temperatura de ebulição.
c) Costumam-se utilizar bolinhas de naftalina em
armários para afastar insetos. Passado algum
tempo, nota-se que as bolinhas desaparecem.
Isso acontece não porque a barata comeu a
naftalina, mas porque esta sublimou à temperatura ambiente.
15. (UFF) Analise as afirmativas abaixo:
1. N
um dia frio, uma pessoa parece soltar “fumaça”
pela boca ao respirar, porque o ar expelido se condensa ao ter sua pressão diminuída.
2. O
gelo derrete a uma temperatura que depende da
pressão a que ele está submetido.
3. N
uma panela de pressão, a água ferve a uma temperatura maior do que 100ºC, porque dentro da
panela a pressão é maior que 1,0atm.
Dentre essas afirmativas:
a) apenas a 1 é correta.
14
b) apenas a 2 é correta.
Solução: E
Quais são as afirmativas verdadeiras?
``
Solução: A e C
A afirmativa a) está correta, como pode ser visto nas
Curvas de Andrews; a b) está errada porque a garrafa
arrebenta por causa da dilatação anômala da água; a
c) está correta porque a naftalina é uma das substâncias que sublimam na temperatura ambiente.
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EM_V_FIS_014
b) tendo o gelo densidade menor que a água, ele
flutua, e a água da fusão acumula-se na bebida.
d) apenas 1 e 3 são corretas.
17. (Viçosa) Uma barra de metal e outra de madeira estão
em equilíbrio térmico. Uma pessoa, ao tocá-las, nota que
a de metal está mais “fria” que a de madeira. Pode-se
afirmar, corretamente, que isso ocorre porque:
a) a temperatura da madeira é maior que a do metal.
b) a condutividade térmica do metal é menor que a da
madeira.
c) o calor específico da madeira é menor que o do
metal.
d) a temperatura da madeira é menor que a do metal.
19. (Mackenzie) Numa noite fria, preferimos usar
cobertores de lã para nos cobrirmos. No entanto,
antes de deitarmos, mesmo que existam vários
cobertores sobre a cama, percebemos que ela está
fria, e somente nos aquecemos depois que estamos
sob os cobertores há algum tempo. Isso se explica
porque:
e) a condutividade térmica do metal é maior que a da
madeira.
``
a) o cobertor de lã não é um bom absorvedor de
frio, mas nosso corpo sim.
Solução: E
Quando pegamos dois materiais quaisquer, à mesma
temperatura, temos a sensação de que um está a temperatura menor do que o outro; isso se deve ao fato de
que um deles está conduzindo mais calor do nosso corpo
do que o outro, isto é, esse efeito aparece em função da
diferente condutibilidade dos materiais
b) o cobertor de lã só produz calor quando está em
contato com nosso corpo.
c) o cobertor de lã não é um aquecedor, mas apenas um isolante térmico.
d) enquanto não nos deitamos, existe muito frio na
cama que será absorvido pelo nosso corpo.
e) a cama, por não ser de lã, produz muito frio e
a produção de calor pelo cobertor não é suficiente para seu aquecimento sem a presença
humana.
18. (UFGO) Quais as afirmações corretas?
I. Uma pessoa sente frio quando ela perde calor rapidamente para o meio ambiente.
II. Quando tocamos em uma peça de metal e em um
pedaço de madeira, ambos à mesma temperatura,
o metal nos dá a sensação de estar mais frio que
a madeira porque, sendo o metal melhor condutor
térmico que a madeira, haverá uma menor transferência de calor de nossa mão para a peça metálica
que para o pedaço de madeira.
``
Solução: C
Um cobertor que esquenta é, por exemplo, um cobertor elétrico; o cobertor comum, como qualquer
agasalho, é um isolante térmico, isto é, um dispositivo
que dificulta a saída do calor do nosso corpo
III. Um pássaro eriça suas penas no inverno para manter
ar entre elas, evitando, assim, que haja transferência
de calor de seu corpo para o meio ambiente.
IV. Nas mesmas condições, um corpo escuro absorve maior quantidade de radiação térmica que um
corpo claro.
``
Solução:
Afirmativa I correta: a sensação normal de frio é a perda
de calor para o meio ambiente.
Afirmativa II errada: no trecho em que diz “haverá menor
transferência de calor”, pois é justamente o contrário.
Afirmativa III correta: o ar parado é um bom isolante
térmico.
a) maior calor específico.
b) menor calor específico.
c) menor calor latente.
d) maior densidade.
e) menor densidade.
2. (Fuvest) Dois corpos, A e B, inicialmente às temperaturas
tA = 90oC e tB = 20oC, são postos em contato e isolados
EM_V_FIS_014
Afirmativa IV correta: após algum tempo, o corpo escuro
passar a emitir radiação térmica (Lei de Prevost).
1. (Mackenzie) Uma mesma quantidade de calor é fornecida a massas iguais de água e alumínio inicialmente à
mesma temperatura. A temperatura final do corpo de
alumínio é maior que a da água, pois o alumínio tem:
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15
termicamente do meio ambiente. Eles atingem o equilíbrio térmico à temperatura de 45oC. Nessas condições,
podemos afirmar que o corpo A:
a) cedeu uma quantidade de calor maior do que a absorvida por B.
d) Q/2
e) Q/4
6. (Fuvest) A temperatura do corpo humano é de 36,5oC .
Uma pessoa toma 1 litro de água a 10o C. Qual a energia
absorvida pela água?
b) tem uma capacidade térmica menor que a de B.
a) 10kcal
c) tem calor específico menor que o de B.
b) 26,5kcal
d) tem massa menor que a de B.
c) 36,5kcal
e) cedeu metade da quantidade de calor que possuía
para B.
3. (Cesgranrio) Qual dos gráficos melhor representa a
variação de temperatura de um corpo (ordenada) após
ser colocado em contato térmico com outro mais quente,
em função do tempo (abscissa)?
a) T
t
d) 46,5kcal
e) 23,25kcal
7.
(Unirio) Para a refrigeração do motor de um automóvel,
tanto se pode usar o ar como a água. A razão entre
a massa de ar e massa de água para proporcionar a
mesma refrigeração no motor do automóvel deve ser
igual a:
(car = 0,25cal./goC e cágua = 1,0cal./goC)
a) 0,25
b) T
b) 1,0
t
c) 1,2
d) 2,5
c) T
e) 4,0
t
8. (Uerj) A quantidade de calor necessária para ferver a
água que enche uma chaleira comum de cozinha é, em
calorias, da ordem de:
d) T
t
a) 102
e) T
b) 103
t
c) 104
a) falta de preparo físico.
b) baixo calor específico.
c) variação brusca de temperatura.
d) alto coeficiente de dilatação volumétrica.
e) alto calor específico.
5. (PUC-SP) Para aquecer certa massa de água, de 10oC
a 30 oC, foi gasta uma certa quantidade de calor Q. Para
aquecer metade dessa massa, de 15oC a 25oC, será
necessária uma quantidade de calor:
9. (UFRN) Um corpo de massa igual a 1kg recebeu 10kcal,
e sua temperatura passou de 50ºC para 100ºC. Qual o
calor específico desse corpo?
10. (UFJF) Para uma criança que está com febre alta, é
comum o médico indicar que ela seja banhada em água
morna ou fria, de modo a baixar a sua temperatura.
Explique fisicamente como isso ocorre.
11. (Unirio) Num recipiente adiabático que contém 1,0 litro
de água, colocou-se um bloco de ferro de massa igual
a 1,0kg. Atingindo o equilíbrio térmico, verificou-se que
a temperatura da água aumentou em 50oC, enquanto
o bloco se resfriou em algumas centenas de graus
Celsius.
b) Q
Isso ocorreu em virtude da diferença entre suas (seus):
a) capacidades térmicas.
c) 4Q
b) densidades.
a) 2Q
16
d) 105
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EM_V_FIS_014
4. (USS) “O Juliano foi à praia e ao mergulhar na água
sofreu um choque térmico”. A expressão “choque térmico” significa:
c) calores latentes.
d) coeficientes de dilatação térmica.
e) coeficientes de condutibilidade térmica.
A figura a seguir ilustra a evolução com o tempo das
temperaturas da água (q1)e da glicerina (θ2 ), medidas
por termômetros inseridos nas respectivas câmaras.
12. (UGF) Em uma garrafa térmica, suposta ideal, misturamse 1 copo de leite a 80ºC com 2 copos de leite a 20ºC.
Então, a temperatura do leite no interior da garrafa térmica
ficou sendo de:
a) 30ºC
b) 40ºC
Da análise dessa experiência, pode-se concluir que o
calor específico da glicerina vale, aproximadamente:
c) 50ºC
d) 60ºC
a) 0,20
e) 70ºC
13. (Cesgranrio) Um pedaço de metal, à temperatura de
100oC, é mergulhado num calorímetro contendo uma
massa de água, a 20oC, igual à massa do metal. A temperatura de equilíbrio é 30oC. O valor do calor específico
do metal é:
a) 0,10cal/g oC
b) 0,30
c) 0,40
d) 0,50
b) 0,14cal/g C
o
e) 0,60
c) 0,88cal/g oC
d) 1,1cal/g oC
e) 7,0cal/g C
o
14. (FOA-RJ) Um calorímetro de capacidade térmica
10cal/oC contém 80 gramas de água a 20oC. Um corpo de 50 gramas a uma temperatura T é colocado no
interior do calorímetro. Se a temperatura de equilíbrio
térmico é de 30oC e o calor específico do corpo vale
0,2cal/goC, calcule T.
16. (AFA) Um corpo A foi colocado em contato com outro
corpo B, e suas temperaturas variam de acordo com o
gráfico abaixo.
a) 20oC
b) 30oC
c) 50oC
d) 100oC
e) 120oC
EM_V_FIS_014
15. (USS) Um recipiente de paredes adiabáticas é dividido,
por uma fina lâmina de prata (excelente condutora de
calor), em duas câmaras estanques. Em uma das câmaras, é colocado 1,0kg de água à temperatura de 21oC e,
na outra, são colocados 3,0kg de glicerina a 35oC.
Sendo a massa de B o dobro da massa de A, e considerando
que as trocas de calor tenham ocorrido apenas entre os
dois, a razão entre o calor específico de A e o calor
específico de B (cA/cB) vale:
a) 2,5
b) 5,0
c) 0,4
d) 0,2
17. (UFPEL) Um certo calorímetro contém 80g de água a
temperatura de 15 oC. Adicionando à água do calorímetro 40g de água a 50oC, observa-se que a temperatura
do sistema, ao ser atingido o equilíbrio térmico, é de
25oC. Pode-se afirmar que a capacidade térmica do
calorímetro é igual a:
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a) 20cal/oC
a uma temperatura inicial T. Adicionando a esse sistema
b) 10cal/ C
dois litros de água a uma temperatura T , qual a tempe-
c) 15cal/oC
ratura final após estabelecido o equilíbrio térmico?
o
2
d) 25cal/oC
a) 1 T 2
e) 5cal/oC
18. (PUC-Rio) Uma banheira é cheia com água a 90oC até
a borda. Uma esfera de cobre de 1cm de diâmetro, à
temperatura de 2oC, é em seguida jogada no interior da
banheira. Sabendo-se que o calor específico do cobre
é aproximadamente 0,09cal/goC, qual das temperaturas
abaixo está mais próxima da temperatura da água, 3
minutos após o lançamento da esfera no interior da
banheira?
a) 2oC
c) 44oC
d) 45oC
c) T
2
T
3
e) 4 T
5
d)
a) 250g
e) 90oC
19. (UFRJ) Três amostras de um mesmo líquido são introduzidas num calorímetro adiabático de capacidade térmica
desprezível; uma de 12g a 25oC, outra de 18g a 15oC e a
terceira de 30g a 5oC.
Calcule a temperatura do líquido quando se estabelecer
o equilíbrio térmico no interior do calorímetro.
20. (Fuvest) Um recipiente de vidro de 500g com calor
específico de 0,20cal/goC, contém 500g de água cujo
calor específico é 1,0cal/goC. 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.
b) A quantidade de calor absorvida pelo sistema para
uma elevação de 1,0oC em sua temperatura.
21. (Fuvest) Um ser humano adulto e saudável consome, em
média, uma potência de 120J/s. Uma caloria alimentar
(1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0 . 103 J. Para
nos mantermos saudáveis, quantas calorias alimentares
devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que
ingerimos?
a) 33
b) 200g
c) 150g
d) 100g
e) 50g
24. (UFES) Misturando um litro de água a 70oC e dois litros
de água a 10oC, obtemos três litros de água a:
a) 70oC
b) 40oC
c) 35oC
d) 30oC
e) 20oC
25. (USS) Ao preparar uma xícara de café com leite, um estudante misturou 50cm3 de café à temperatura de 90oC
com 150cm3 de leite a 30oC. Desprezando as perdas, a
temperatura de equilíbrio térmico da mistura será de, aproximadamente:
a) 40oC
b) 45oC
c) 50oC
b) 120
d) 55oC
3
e) 4,8 . 10
5
22. (Cesgranrio) Um recipiente de paredes adiabáticas e de
capacidade térmica desprezível contém um litro de água
26. (FOA-RJ) Num calorímetro ideal são colocados 388g
de água a 10oC e 100g de ferro a 100oC. Sabendo que
o calor específico do ferro é de 0,12cal/goC, determine
a temperatura de equilíbrio térmico.
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EM_V_FIS_014
e) 60oC
d) 4,0 . 103
18
4
23. (Osec) A quantidade de água, a 20oC, que deve ser
misturada em um calorímetro ideal com 100g de água,
a 80oC, para que a temperatura final da mistura seja de
50oC, vale:
b) 46oC
c) 2,6 . 10
b) 3 T
a) 10,8oC
calcule a velocidade com que o projétil penetra no
líquido.
30. (Fuvest) Misturam-se 200g de água a 0ºC com 250g
de um determinado líquido a 40ºC, obtendo-se equilíbrio a 20ºC. Qual o calor específico do líquido, em
cal/gºC? Dados: calor específico da água = 1,0cal/gºC;
desprezam-se trocas de calor com outros sistemas.
b) 12,7oC
c) 6,30oC
d) 15,0oC
e) 25,5oC
27. (Unirio) Em um recipiente termicamente isolado, são
misturados 100g de água a 8oC com 200g de água a
20oC. A temperatura final de equilíbrio será igual a:
31. (PUC-SP) Temos 50g de gelo a 0oC. Que quantidade de
calor devemos fornecer à massa de gelo para obter 50g
de água a 10oC? (Dados: Lf = 80cal/g; calor específico da
água = 1cal/goC)
a) 10oC
a) 40 000cal
b) 14 C
b) 40 500cal
c) 15oC
c) 4 500cal
o
d) 4 000cal
d) 16o C
e) 8 000cal
e) 20oC
28. (UFF) As variações com o tempo das temperaturas T1 e T2 de dois corpos de massas m1 = 300g e
m2 = 900g, respectivamente, estão representadas no
gráfico abaixo:
32. (Unificado) Entre os fatos ou fenômenos indicados a
seguir, assinale os que são fundamentalmente caracterizados pela liberação ou pela absorção de energia térmica
associadas à mudança de estado de uma substância.
I. A sensação de frio ao soprar sobre a pele molhada.
II. O uso de cubos de gelo para refrescar uma bebida.
III. A formação de gotículas de água na superfície externa de um copo contendo água gelada.
a) I e II somente.
b) I e III somente.
c) II e III somente.
d) I, II e III.
e) II somente.
Considerando que os dois corpos trocam calor entre si,
mas estão isolados termicamente do universo, pode-se
afirmar que a razão entre os calores específicos dos
corpos de massas m1 e m2 vale:
a) 1/2
a) um acréscimo, se o corpo ao se fundir, se expande.
b) 1/3
b) um acréscimo, se o corpo, ao se fundir, se contrai.
c) 1
c) um decréscimo, se o corpo, ao se fundir, se expande.
d) 3/2
d) um decréscimo para qualquer substância.
e) 2
e) um acréscimo para qualquer substância.
29. (UFRJ) Um recipiente de capacidade térmica desprezível
contém 1kg de um líquido extremamente viscoso.
EM_V_FIS_014
33. (PUC-RS) A temperatura de fusão de uma substância
depende da pressão que é exercida sobre ela. O aumento de pressão sobre um corpo ocasiona, na sua
temperatura de fusão:
Dispara-se um projétil de 2 . 10-2kg que, ao penetrar no
líquido, vai rapidamente ao repouso. Verifica-se então que
a temperatura do líquido sofre um acréscimo de 3oC.
Sabendo que o calor específico do líquido é 3J/kgoC,
34. (UFSC) A razão de sempre se formar uma cavidade
sobre um bloco de gelo quando se coloca um objeto
sólido sobre ele é:
a) a diferença entre os calores específicos do bloco e do
objeto.
b) a diferença de volume entre o bloco e o objeto.
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19
c) a diferença entre as densidades do bloco e do objeto.
d)
d) a diferença de temperatura entre o bloco e o objeto.
e) o aumento da pressão na superfície do bloco, causado pelo objeto.
35. (MED-SM-RJ) O calor latente de fusão do gelo é de
80cal/g. Isso significa que:
a) com 1cal podemos fundir 80g de gelo.
b) com 80cal podemos aumentar a temperatura do gelo
de 1oC.
38. (Unirio) O gráfico abaixo mostra o calor absorvido por
uma substância de massa 100g e sua respectiva temperatura. Inicialmente ela se encontra no estado sólido,
à temperatura de 0oC.
c) com 80cal podemos fundir qualquer massa de gelo.
d) com 80cal podemos fundir 1g de gelo.
e) com 80cal podemos fundir 1g de gelo e elevar a
temperatura de 1oC.
36. (Fuvest) Fornecendo-se 1 200cal a uma substância,
fundiram-se 50g da mesma. Qual o calor latente de
fusão da substância em cal/g?
b) 24
Quais são, respectivamente, o calor gasto para fusão
e o calor específico sensível da fase líquida dessa
substância?
a) 50cal; 0,01cal/goC.
c) 48
b) 50cal; 0,02cal/goC.
d) 120
c) 50cal; 1,0cal/goC.
e) 60
d) 200cal; 0,02cal/goC.
a) 12
37. (Uerj) Uma bolinha de aço a 120oC é colocada sobre
um pequeno cubo de gelo a 0oC. Em escala linear, o
gráfico que melhor representa a variação, no tempo,
das temperaturas da bolinha de aço e do cubo de gelo,
até alcançarem um estado de equilíbrio, é:
a)
e) 200cal; 0,01cal/goC.
39. (Unip) Num recipiente de paredes adiabáticas temse 60g de gelo a 0oC. Colocando-se 100g de água
nesse recipiente, metade do gelo se funde. Qual é a
temperatura inicial da água, sabendo-se que o calor
específico latente de fusão do gelo é 80cal/g? (Dado:
calor específico sensível da água = 1,0cal/goC)
40. (PUC-SP) Na experiência da figura, um fio metálico com
pesos nas extremidades atravessa um bloco de gelo em
temperatura inferior à 0oC sem cortá-lo em dois. A região
em contato com o fio se liquefaz, voltando a se solidificar
após a passagem do fio. Por que isso ocorre?
b)
41. Responda, tomando como base a mudança de fase. Justifique sua resposta.
a) É possível ferver água a uma temperatura inferior
a 100°C?
b) Qual a diferença entre vapor e gás?
20
c) Ao cozinharmos um alimento, depois de iniciada a
ebulição da água, abaixamos o fogo. Explique por
que o tempo de cozimento não muda.
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EM_V_FIS_014
c)
42. (Unificado) Em uma panela de pressão os alimentos
cozinham mais rápido que em uma panela comum
porque:
a) sob pressão superior a 1 atmosfera, a água irá ferver a uma temperatura superior a 100oC.
b) sob pressão superior a 1 atmosfera, a água irá ferver a uma temperatura inferior a 100oC.
c) no interior de tal panela os alimentos ficam submetidos a baixas pressões, o que facilita a ebulição
da água.
46. (Uerj) Na evaporação de um líquido:
a) a velocidade é maior em ambientes saturados.
b) a velocidade não depende da pressão de vapor do
líquido no ambiente em que ela se processa.
c) a velocidade é constante mesmo em ambiente fechado.
d) a velocidade não depende da temperatura.
e) a velocidade é proporcional à área da superfície livre
do líquido.
d) sendo a panela hermeticamente fechada, os alimentos ficam protegidos da ação do vento.
47. (PUC-Rio) Nas panelas de pressão utilizadas para cozinhar alimentos:
e) sendo a panela hermeticamente fechada, não há
praticamente perda de calor.
I. a temperatura dos alimentos aumenta enquanto a
pressão interna se mantém constante.
43. (Fuvest) Para que a água ferva à temperatura de 50ºC,
deve-se:
II. a temperatura dos alimentos se mantém constante
enquanto a pressão interna aumenta.
a) utilizar uma pequena quantidade de água.
b) utilizar uma panela com ótima condutibilidade térmica.
c) utilizar uma chama muito intensa.
d) utilizar uma panela de pressão.
e) diminuir a pressão sobre a água.
44. (UFF) Analise as afirmativas:
I. Num dia frio, uma pessoa parece soltar “fumaça”
pela boca ao respirar, porque o ar expelido se condensa ao ter sua pressão diminuída.
II. O
gelo derrete a uma temperatura que depende da
pressão a que ele está submetido.
III. Numa panela de pressão, a água ferve a uma temperatura maior do que 100oC porque dentro dela é
maior que 1,0atm.
Dentre essas afirmativas:
a) apenas a I é correta.
III. a temperatura e a pressão do vapor interno aumentam até o vapor ser expelido pela válvula de segurança.
IV. a válvula de segurança se abre devido à pressão
exercida contra as paredes pelos alimentos sólidos.
V. a temperatura de ebulição da água é maior, pois a
pressão interna é maior.
A(s) afirmativa(s) correta(s) é(são):
a) II e III
b) III e V
c) III
d) II e V
e) I e IV
48. (UFF) No gráfico temperatura-tempo do resfriamento
de um líquido apresentado abaixo, temos que:
b) apenas a II é correta.
c) apenas a III é correta.
d) apenas I e III são corretas.
e) apenas II e III são corretas.
45. (PUC-RS) Quando se passa álcool na pele, sente-se
que ela esfria naquele local. Isso se deve ao fato de o
álcool:
a) ser normalmente mais frio que a pele.
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b) ser normalmente mais frio que o ar.
a) AB, CD e DE correspondem a estados líquidos.
b) apenas em AB ocorre estado líquido.
c) absorver calor da pele para evaporar-se.
c) em CD ocorrem, simultaneamente, estado líquido
e sólido.
d) ser um isolante térmico.
d) apenas em DE ocorre estado líquido.
e) ter baixa densidade.
e) em DE temos o estado gasoso.
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21
49. (UFU) A figura representa o diagrama de fases de uma
substância simples. Pode-se afirmar que:
d) de suas densidades.
e) de seus calores específicos.
53. (UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma
lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa.
Esse fenômeno é devido à:
a) convecção do ar aquecido.
b) condução do calor.
c) irradiação da luz e do calor.
b) uma mudança do estado 1 para o estado 2 chamase ebulição.
e) polarização da luz.
54. (PUC-Minas) A função de uma roupa de inverno é:
c) em 2, a substância se encontra no estado sólido.
a) dificultar a perda de calor do corpo.
d) se a substância for expandida isotermicamente a
partir do estado 1, ela poderá sofrer sublimação.
b) fornecer calor ao corpo.
e) em 4, a substância se encontra no estado de vapor.
d) retirar o calor do corpo.
50. (UFRJ) Misturam-se, num calorímetro de capacidade
térmica desprezível, massas iguais de gelo a 0oC e
vapor de água a 100oC. Sabendo que o calor de fusão
do gelo é de 80cal/g, que o calor de condensação do
vapor é de 540cal/g e que o calor específico da água
é de 1,0cal/goC, calcule a temperatura do equilíbrio
térmico.
51. Com base na propagação do calor, responda:
a) Explique como uma garrafa térmica conserva constante a temperatura dos líquidos colocados em seu
interior.
b) Por que a serragem é melhor isolante térmico que a
madeira?
c) Por que o alumínio é um bom isolante, sendo um
bom condutor de calor?
d) Explique por que os iglus, embora feitos de gelo,
possibilitam aos esquimós residir neles.
e) Explique como funciona uma estufa.
f) Um corpo a 30oC é colocado em um quarto que
se encontra a 20oC. Faça o esboço do gráfico da
temperatura do corpo em função do tempo.
g) Explique a formação das brisas marítimas durante o
dia e das brisas terrestres durante a noite.
52. (UFGO) O sentido da transmissão de calor entre dois
corpos depende:
22
d) reflexão da luz.
c) impedir o ganho de frio pelo corpo.
e) retirar o frio do corpo.
55. (PUC-RS) A irradiação é o único processo de transmissão
de calor:
a) nos sólidos.
b) no vácuo.
c) nos fluidos em geral.
d) nos gases.
e) nos líquidos.
56. (PUC-SP) Em qual dos casos a seguir a propagação do
calor se dá principalmente por condução?
a) Água quente que cai do chuveiro.
b) A fumaça que sobe pela chaminé.
c) O cigarro que se acende mediante o uso de uma
lente que concentra os raios de Sol sobre ele.
d) A xícara que se aquece com o café quente.
e) A água que é aquecida numa panela colocada sobre
a chama no fogão.
57. (UFF) A transmissão de energia térmica de um ponto
para outro, graças ao deslocamento do próprio material
aquecido, é um fenômeno de:
a) irradiação.
b) radiação.
a) de seus estados físicos.
c) convecção.
b) de suas temperaturas.
d) emissão.
c) de suas quantidades de calor.
e) condução.
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EM_V_FIS_014
a) se a substância for comprimida isotermicamente a
partir do estado 3, ela poderá sofrer solidificação.
58. (Fuvest) A figura ilustra um sistema de aquecimento solar:
uma placa metálica P pintada de preto e, em contato com
ela, um tubo metálico encurvado; um depósito de água e
tubos de borracha T ligando o depósito ao tubo metálico.
O aquecimento da água contida no depósito D, pela
absorção da energia solar, é devido basicamente aos
seguintes fenômenos pela ordem:
2. (Uerj) A tabela relaciona a massa em gramas com o calor
específico em cal/goC das substâncias que compõem
cinco corpos.
Corpo
Massa(g)
c(cal/g oC)
1
20
0,22
2
30
0,20
3
40
0,11
4
50
0,09
5
60
0,03
A menor capacidade térmica, em cal/oC, é apresentada
pelo corpo:
a) 1
b) 2
a) condução, irradiação, convecção.
b) irradiação, condução, convecção.
c) convecção, condução, irradiação.
d) condução, convecção, irradiação;
e) irradiação, convecção, condução.
59. (UnB) Nos países de clima frio, são comuns as janelas
com três placas de vidro separadas por camadas de ar.
Qual é a finalidade dessa medida? Justifique.
c) 3
d) 4
e) 5
3. (Fuvest) O gráfico representa a variação da temperatura
de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser aquecido por uma fonte que libera energia a uma potência
constante de 150cal/min. Como a massa do corpo é de
100g, o seu calor específico, em cal/goC, será de:
60. (Fuvest) Sabe-se que a temperatura do café se mantém
razoavelmente constante no interior de uma garrafa
térmica perfeitamente vedada.
a) Qual é o principal fenômeno responsável por esse
bom isolamento térmico?
b) O que acontece com a temperatura do café se a
garrafa térmica for agitada vigorosamente? Justifique.
t
a) 0,75
b) 3,75
c) 7,50
d) 0,80
e) 1,5
1. (Unificado) Para elevar, muito lentamente, a temperatura
de um bloco de 100g de metal de 14 oC para 39 oC,
é necessário fornecer 300cal a ele. Qual o calor
específico desse metal?
4. (PUC-SP) O gráfico abaixo representa o calor Q, em
calorias absorvidas por 200g de uma substância, em
função da temperatura t, em graus Celsius. O calor
específico da substância, em cal/goC, vale:
a) 0,10cal/goC
b) 0,12cal/goC
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c) 0,14cal/goC
d) 0,25cal/goC
a) 1,0
e) 0,34cal/goC
b) 0,80
c) 0,50
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23
de X. Determinar a razão entre os calores específicos
de Y e X.
d) 0,20
e) 0,10
5. (Unirio) Do gráfico abaixo temos que a quantidade de
calor absorvida é de:
9. Explique a influência do elevado calor específico da
água, com relação ao clima em regiões com grandes
quantidades de água.
10. O calor específico de um sólido, à pressão constante,
varia linearmente com a temperatura de acordo com o
gráfico abaixo.
a) 250cal
b) 200cal
c) 150cal
d) 100cal
e) 2cal
6. (UFF) Três corpos, 1, 2 e 3, de mesma massa, mas de
materiais diferentes estão inicialmente à mesma temperatura T0.
Os corpos recebem a mesma quantidade de calor e atingem
temperaturas finais T1, T2 e T3, respectivamente, tais que
T1 > T2 > T3.
Assim, os calores específicos c1, c2 e c3 dos materiais dos
corpos 1, 2 e 3 respectivamente, satisfazem à seguinte
relação:
a) c1 > c2 > c3
Dados:
Calor específico da água = 1cal/goC
Calor específico do ferro = 0,1cal/goC
Coeficiente de dilatação linear do ferro α= 12 . 10-6 oC-1
Ao ser atingido o equilíbrio térmico, o comprimento dessa
barra terá se reduzido de:
a) 0,6mm
b) 1,2mm
b) c1 < c2 < c3
c) 60mm
c) c1 = c2 = c3
d) 0,3mm
d) c1 > c3 > c2
e) 30mm
e) c1 < c3 < c2
7.
Qual a quantidade de calor, em calorias, necessária para
aquecer 12g desse sólido, de 0oC até 60oC.
11. (UFF) Uma barra de ferro com 800g de massa e 0,5m
de comprimento, submetida à temperatura de 130oC, é
colocada em um reservatório termicamente isolado que
contém 400g de água a 10oC.
Uma fonte fornece, a 600g de uma substância, calor na
razão constante de 600cal/min, fazendo com que a temperatura t da substância varie com o tempo, conforme
o gráfico seguinte:
12. (ITA) Cinco gramas de carbono são queimados dentro
de um calorímetro de alumínio, resultando o gás CO2. A
massa do calorímetro é de 1 000g e há 1 500g de água
dentro dele. A temperatura inicial do sistema era de 20oC
e a final de 43oC. Calcule o calor produzido (em calorias)
por grama de carbono.
(c Al = 0,215cal/g. oC; c água= 1cal/g. oC; despreze a
pequena capacidade calorífica do carbono e do dióxido
de carbono)
a) 7,9kcal
b) 7,8cal
c) 39kcal
d) 57,5kcal
e) 11,5kcal
13. (Uenf) Num laboratório, dispõe-se de dois calorímetros
perfeitamente adiabáticos, A e B, de 300g cada um, à
temperatura de 20,0oC. O calorímetro A é de cobre, o
B é de vidro e esses materiais tem calores específicos
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EM_V_FIS_014
24
Determine o calor específico da substância.
8. A massa do corpo X é o quádruplo da massa do corpo
Y. Fornecendo-se a mesma quantidade de calor a esses corpos, observa-se que o corpo Y tem variação de
temperatura igual ao triplo da variação de temperatura
respectivamente iguais a 0,0900cal/goC e 0,120cal/goC.
Um aluno colocou, no interior de um dos calorímetros,
100g de álcool a –10,0oC e 147g de água a 80oC, obtendo equilíbrio térmico a 50,0oC. Os calores específicos do
álcool e da água são, respectivamente, iguais a 0,600cal/
gºC e 1,00 cal/gºC. Identifique o calorímetro utilizado.
Justifique a sua resposta.
19. (Uenf) Numa caneca de vidro de capacidade térmica
igual a 27cal/oC, inicialmente a 24oC, colocam-se 300g
de chope gelado, a 2oC. Considerando desprezíveis as
perdas de calor para o meio ambiente e o calor específico
do chope igual a 0,90cal/oC, calcule a temperatura na
qual o chope e a caneca de vidro entrarão em equilíbrio
térmico.
14. (UFRJ) Um projétil de chumbo, com massa de 80,0g
à temperatura de 30oC, atinge, com a velocidade de
250m/s, um anteparo rígido e em seguida cai em um
calorímetro de mistura. Supondo que toda a sua energia
cinética se transforma em calor na massa de chumbo e
que não há perdas, pede-se:
20. (UFPR) Num dia frio, uma pessoa deseja aquecer as
mãos esfregando uma contra a outra. Suponha que 40%
da energia muscular gasta pela pessoa sejam transformados em calor que aquece as mãos. Considere ainda
que a massa total aquecida das mãos seja equivalente a
100g, que elas tenham um calor específico médio equivalente a 0,80cal/goC e que sua temperatura média varie
de 10oC. Determine a energia muscular despendida.
a) A temperatura após o choque.
b) A temperatura a que se eleva a água do calorímetro, o qual contém 180g de água inicialmente a
30oC, e cujo equivalente em água é de 20g. Dados:
cPb = 0,03cal/goC e cÁGUA = 1cal/goC.
15. (Cefet-RJ) Em um recipiente de alumínio são colocados 4 000g de água, inicialmente a 100oC, que depois
de duas horas chegam a 20oC. Durante o processo
de resfriamento, ao final de cada meia hora as temperaturas anotadas foram 80oC, 60oC, 40oC e 20oC.
(Dados Cágua = 1,0
. Para as informações acima:
a) Esboce o gráfico temperatura versus tempo, colocando todos os valores numéricos pertinentes.
b) Esboce o gráfico calor perdido versus tempo, colocando também todos os valores numéricos pertinentes.
16. (UFF) Um estudante de física, para medir experimentalmente o calor específico de um metal, operou
da seguinte forma: colocou 100g do metal aquecido
inicialmente a 100 oC no interior de um recipiente
isolado, feito do mesmo metal e de massa 200g,
que continha no seu interior 500g de água a 17,3oC.
Constatou, então, que a temperatura de equilíbrio
térmico era de 22,7oC. Considerando os procedimentos descritos e os resultados registrados, indique que
valor o estudante determinou para o calor específico
do metal.
EM_V_FIS_014
17. (PUC-SP) Em um calorímetro de capacidade térmica
200cal/oC, contendo 300g de água a 20oC, é introduzido
um copo sólido de massa 100g a uma temperatura de
650oC. Obtém-se o equilíbrio térmico final a 50oC. Supondo desprezível a perda de calor, determinar o calor
específico do corpo sólido.
18. (ITA) Um calorímetro de alumínio de 200g contém 120g
de água a 96oC. Quantas gramas de alumínio a 10oC
devem ser introduzidas no calorímetro para resfriar a
água a 90oC?
(Cal = 0,22cal/goC)
21. (IME) Num calorímetro a 17oC colocamos 100cm3 de
água a 30oC e 100cm3 de água a 15oC. A temperatura
de equilíbrio é 22oC. Qual é o equivalente em água do
calorímetro?
22. (Unesp) Um bloco de certa liga metálica, de massa 250g,
é transferido de uma vasilha, que contém água fervendo
em condições normais de pressão, para um calorímetro
contendo 400g de água à temperatura de 10oC. Após
certo tempo, a temperatura no calorímetro se estabiliza
em 20oC. Supondo que toda a quantidade de calor cedida
pela liga tenha sido absorvida pela água do calorímetro,
pode-se dizer que a razão entre o calor específico da água
e o calor específico da liga metálica é igual a:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
23. (UFF) Um chuveiro elétrico de potência 4,2kW libera
50g de água aquecida por segundo. Se a água entra no
chuveiro à temperatura de 25oC, a temperatura com que
ela sai, supondo desprezíveis as perdas de calor, é:
Dados: calor específico da água =1,0cal/goC; 1cal
= 4,2J
a) 25oC
b) 109oC
c) 50oC
d) 45oC
e) 35oC
24. (Unificado) Num determinado equipamento industrial,
um líquido de calor específico 0,50cal/goC entra a 20oC
e sai a 80oC. Se a vazão desse líquido no equipamento é
de 50kg/min., a potência térmica é, em kcal/min, de:
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a) 2,0 . 102
b) 4,0 . 102
84m
c) 1,0 . 103
a) 20%
b) 40%
c) 50%
d) 80%
e) 100%
26. (Unesp) A figura mostra as quantidades de calor Q
absorvidas, respectivamente, por dois corpos, A e B,
em função de suas temperaturas.
A
B
a) Determine a capacidade térmica CA do corpo A e a
capacidade térmica CB do corpo B, em J/oC.
b) Sabendo que o calor específico da substância de
que é feito o corpo B é duas vezes maior que o da
substância de A, determine a razão mA/mB entre as
massas de A e B.
27. (EN) Um aquecedor tem uma potência de 448W. Para
aquecer 2,0 litros de água de 20ºC até seu ponto de
ebulição, à pressão normal, foram gastos T minutos.
Considera-se que 1cal = 4,20J e que o calor específico
da água seja de 1,00cal/gºC. Admitindo que durante
o aquecimento todo o calor produzido é transferido
à água, calcular o valor de T, em minutos.
28. (UFRJ) O fabricante de cerveja e físico amador James
Joule estimou, em meados do século XIX, a diferença
entre a temperatura da água no sopé e no topo das
Cataratas de Niágara.
A fim de fazer uma estimativa similar para uma das
quedas de Iguaçu, com altura de 84m, considere que o
módulo da velocidade com que a água corre no sopé,
após a queda, é igual ao módulo da velocidade com que
a água corre no topo, antes de iniciar a queda.
26
Considere também que toda energia mecânica perdida
pela água é reabsorvida na forma de calor, o que provoca
seu aquecimento. Calcule a diferença entre a temperatura
da água no sopé e no topo dessa queda. (O calor
específico da água é 1,0cal/gºC e 1,0cal = 4,2J)
29. (PUC-Rio) A Organização Mundial de Saúde (OMS)
divulgou recentemente um relatório sobre o impacto
na saúde humana da radiação emitida pelos telefones
celulares. Nesse relatório, a OMS destaca que os sinais
emitidos por esses aparelhos conseguem penetrar em
até 1cm nos tecidos humanos, provocando um correspondente aumento da temperatura do corpo.
Considerando que o corpo humano é formado basicamente
por água, estime o tempo total econversação necessário
para que um usuário de 60kg tenha um acréscimo de
temperatura de 1°C. Os sinais emitidos pelos celulares
têm, em média, uma potência de 0,4W e só são gerados
enquanto o usuário fala ao telefone. O calor específico da
água vale 1cal/g°C. Considere que apenas 50% da energia
emitida pelo celular seja responsável pelo referido aumento
de temperatura (1cal = 4,2J).
30. (Unicamp) Mil pessoas estão reunidas num teatro, numa
noite em que a temperatura externa é de 10oC. Para ventilar eficientemente o salão, introduzem-se 2 litros de ar
por segundo por pessoa presente e, para maior conforto,
o ar deve ser aquecido até 20oC. Calcule:
a) Quantos litros de ar são introduzidos no teatro em
duas horas.
b) A quantidade de calor transferida em duas horas,
admitindo-se que um litro de ar tem massa de 1,3g
e que o calor específico do ar é de 0,24cal/goC.
31. (Unificado) Em um calorímetro ideal, colocam-se 100g
de gelo a 0oC com 100g de água líquida a 0oC. Em
seguida, são formuladas três hipóteses sobre o que
poderá ocorrer com o sistema água + gelo no interior
do calorímetro:
I. Parte do gelo derreterá, diminuindo a massa do bloco
de gelo.
II. Parte da água congelará, diminuindo a massa de água
líquida.
III. As massas de gelo e de água líquida permanecerão
inalteradas.
Assinalando V para hipótese verdadeira e F para
hipótese falsa, a sequência correta será:
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EM_V_FIS_014
d) 1,5 . 103
e) 2,0 . 103
25. (UFU) Em um dia ensolarado, 4 200cal/s de energia
solar incidem sobre um coletor solar residencial. O
coletor aquece de 5oC um fluxo de água de 420g/s. A
eficiência do coletor é de:
35. (UFRJ) No interior de um calorímetro, de capacidade
térmica desprezível, há uma pedra de gelo de 1,0kg a 0°C.
A pedra de gelo possui uma cavidade na qual se introduz
uma amostra metálica de 400g a 100ºC. Quando se restabelece o equilíbrio térmico, verifica-se que 100g de gelo
derreteram. O calor de fusão do gelo é 80cal/g. Calcule o
calor específico do metal.
a) F, F, F
b) F, F, V
c) F, V, F
d) V, F, F
e) V, V, F
32. (Fuvest) Coloca-se um bloco de gelo a 0oC dentro de
um recipiente termicamente isolado, fornecendo-se
a seguir calor a uma taxa constante. Transcorrido um
certo intervalo de tempo, observa-se o término da fusão
completa do bloco de gelo. Após um novo intervalo de
tempo, igual à metade do anterior, a temperatura da
água em oC será:
36. (UFU) O gráfico mostra a quantidade de calor Q, absorvida por um corpo de 20,0g de massa, inicialmente no
estado sólido, em função da temperatura. Determine:
a) 20
b) 40
c) 50
d) 80
a) A capacidade térmica do corpo no estado sólido.
e) 100
33. (Uerj) Uma menina deseja fazer um chá de camomila,
mas só possui 200g de gelo a 0oC e um forno de micro-ondas cuja potência máxima é 800W. Considere que a
menina está no nível do mar, o calor latente de fusão do
gelo é 80cal/g, o calor específico da água é 1cal/goC e que
1cal vale aproximadamente 4J.
Usando esse forno sempre na potência máxima, o tempo
necessário para a água entrar em ebulição é:
a) 45s
b) 90s
c) 180s
d) 360s
34. (UFF) Uma tigela de alumínio com 180g de massa
contém 90g de água a 0 oC em equilíbrio térmico.
Fornecendo-se calor igual a 18kcal ao sistema, eleva-se
a temperatura deste a 100oC, iniciando-se a ebulição.
Dados: Calor específico da água = 1cal/goC.
Calor latente de vaporização da água = 540cal/g.
Calor específico do alumínio = 0,2cal/goC.
Nessas circunstâncias, a massa de água que se vaporiza
é:
a) 20g
b) 5g
c) 15g
EM_V_FIS_014
d) 10g
e) 25g
b) O calor específico da substância do corpo, no estado
sólido.
c) A temperatura de fusão da substância que compõe o
corpo.
37. (Unicamp) Misturam-se 200g de água a 20oC com 800g
de gelo a 0oC. Admitindo que há troca de calor apenas
entre a água e o gelo:
a) Qual será a temperatura final na mistura?
b) Qual será a massa final de líquido?
38. (UFRJ) Uma garrafa térmica de capacidade térmica desprezível contém 980g de água à temperatura ambiente
(28oC). Para refrigerar a água, cubos de gelo de 50g cada
a 0oC são introduzidos na garrafa e, a seguir, fecha-se a
tampa. O calor de fusão do gelo é 80cal/g; e o calor específico da água é 1,0cal/goC.
Calcule quantos cubos de gelo devem ser introduzidos
na garrafa para se obter água a 18oC.
39. (Uerj) Suponha que em um recipiente metálico de 200g,
termicamente isolado do meio externo e inicialmente a
20oC, colocaram-se 360g de água a 60oC. Calcule:
a) A temperatura de equilíbrio térmico do sistema
água-recipiente, sabendo-se que o calor específico
da água é de 1,0cal/goC e o do metal é 0,20cal/goC.
b) O valor máximo da massa de uma pedra de gelo a
0oC que, colocada no recipiente, permita que haja
apenas água quando for restabelecido o equilíbrio
térmico do sistema, sabendo que o calor latente de
fusão do gelo é 80cal/g.
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40. (Fuvest) À temperatura ambiente de 0oC, um bloco de
10kg de gelo à mesma temperatura desliza sobre uma
superfície horizontal. Após percorrer 50m, o bloco para
em virtude do atrito com a superfície. Admitindo-se que
50% da energia dissipada foi absorvida pelo bloco, derretendo 0,50g de gelo, calcule: (considere 1cal =4J).
a) O trabalho realizado pela força de atrito.
b) A velocidade inicial do bloco.
c) O tempo que o bloco demora para parar.
41. (UFRJ) Um calorímetro de capacidade térmica desprezível tem uma de suas paredes inclinadas como mostra
a figura.
Um bloco de gelo, a 0oC, é abandonado a 1,68 . 10-1m
de altura e desliza até atingir a base do calorímetro,
quando para.
34g/s. Nessa situação, e considerando desprezíveis
todas as perdas de calor no sistema, determine o valor
da elevação de temperatura da água de refrigeração no
trocador de calor. (LV = 540cal/g.)
a) 1oC
b) 2oC
c) 4oC
d) 6oC
e) 8oC
44. (Fuvest) Em uma panela aberta, aquece-se água considerando-se uma variação da temperatura da água com o
tempo, como indica o gráfico. Desprezando-se a evaporação
antes da fervura, em quanto tempo, a partir do começo da
ebulição, toda a água terá se esgotado? (Considere que o
calor de vaporização da água é 540cal/g)
.
Sabendo que o calor latente de fusão do gelo vale
3,36 . 105J/kg e considerando g = 10m/s2, calcule a fração
de massa do bloco de gelo que se funde.
42. (UFMG) É possível liquefazer-se um gás:
b) aumentando sua temperatura a qualquer pressão.
c) resfriando-o até uma temperatura abaixo da crítica e
comprimindo-o.
d) comprimindo-o a uma temperatura acima da crítica.
e) diminuindo sua pressão acima da temperatura crítica.
43. (MED-SM-RJ) Num sistema destilador de água, o vapor
d’água entra a 100oC e a água destilada é recolhida a
96oC à razão de 150g a cada 5,0 minutos.
t
28
No trocador de calor, a água entra fria à temperatura
ambiente, e sai morna. A circulação dessa água de
refrigeração no trocador de calor se dá na razão de
a) 18 minutos.
b) 27 minutos.
c) 36 minutos.
d) 45 minutos.
e) 54 minutos.
45. (EN) Uma pequena massa de vapor d’água à 100oC
é lançada sobre uma liga metálica, condensando-se.
A liga encontra-se inicialmente na sua temperatura de
fusão, que é 90oC, e o seu calor latente de fusão é de
5,0cal/g; sabendo-se que o calor latente de vaporização
da água é de 540cal/g, a razão entre a massa do vapor
condensado e a massa da parte do metal fundido, nesta
ordem, é de:
a)
1
108
b)
1
95
c)
1
60
d)
2
37
e)
1
110
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EM_V_FIS_014
a) comprimindo-o a qualquer temperatura.
t
46. (Esfao-RJ) Admita que um carro do Corpo de Bombeiros
transporte ao local onde ocorre um incêndio, 10(dez)
toneladas de água a 20oC. (São dados: temperatura
de ebulição da água = 100oC; calor latente de vaporização da água = 540cal/g; calor específico da água
= 1cal/goC)
Se toda essa água transportada for transformada em
vapor à 100oC, então a quantidade de calor retirada do
incêndio será (em calorias):
a) 6,2 . 109
b) 8,0 . 108
Dados da amostra:
massa = 30g
Calor específico = 0,20cal/goC (valor médio sob pressão
constante e temperatura entre 0oC e 600oC)
Calor latente de fusão = 90cal/g.
Determine:
a) a potência, em cal/min, fornecida pelo sistema de
aquecimento à amostra.
b) a fração da amostra que fundiu até o instante
t = 30min.
c) o instante t, a partir do qual, mantidas as condições
da experiência, a temperatura da amostra voltará a
subir.
c) 5,4 . 109
d) 7,2 . 109
e) 6,2 . 105
47. Queremos transformar 10g de gelo à – 10oC em vapor
a 120oC, num sistema termicamente isolado.
Considerando que cg = cv = 0,5cal/g oC, Lgelo - fusão
= 80cal/g, Lágua - vaporização = 540cal/g e que a potência da
fonte que emite calor é de 1 000cal/min, qual das opções
melhor representa o valor do tempo de aquecimento
em minutos?
a) 2,35
b) 5,35
c) 7,35
d) 8,35
e) 9,35
48. (UFRJ) Num calorímetro de capacidade térmica desprezível que contém 60g de gelo a 0oC, injeta-se vapor
d’água à 100oC, ambos sob pressão normal.
Quando se restabelece o equilíbrio térmico, há apenas
45g de água no calorímetro. O calor de fusão do gelo
é 80cal/g, o calor de condensação do vapor d’água é
540cal/g e o calor específico da água é 1,0cal/g oC.
Calcule a massa de vapor d’água injetado.
49. (UFF) Uma amostra metálica é submetida a um tratamento térmico, à pressão constante, no qual a variação
da temperatura com o tempo pode ser aproximadamente
representada pelo gráfico θ × t.
50. (UFRJ) Considere uma certa massa de gelo à 0oC.
Para fazer com que essa massa atinja a temperatura
de 100oC no estado líquido, é necessário fornecer-lhe
Q1 calorias.
Para transformar essa mesma massa de água à 100oC
em vapor d’água à 100oC, é necessária uma quantidade
de calor igual a Q2.
Sabendo que o valor do calor latente de fusão da água é
80cal/g e que o valor do calor latente de vaporização da
água é 540cal/g, calcule o valor da razão Q2/Q1.
51. (UFBA) Um recipiente de paredes adiabáticas contém,
inicialmente, 80g de água em estado líquido e 20g de
gelo a 0oC. Um aquecedor de 6 270W, mergulhado
dentro dele durante algum tempo, transforma 20%
da massa de água em vapor. Determine o intervalo
de tempo gasto nessa transformação. (Dados: calor
específico da água: 1cal/gºC; calor latente de vaporização da água: 540cal/gºC; calor latente de fusão da
água 80cal/g 1cal = 4,18J)
52. (ITA) Um vaporizador contínuo possui um bico pelo
qual entra água à 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
à 100oC. A vazão de água pelo bico é:
a) 0,31m /s
b) 0,35m /s
c) 2,4m /s
d) 3,1m /s
e) 3,5m /s
EM_V_FIS_014
t
Durante todo o processo, as perdas de calor da amostra
são desprezíveis e a taxa de aquecimento mantém-se
constante.
53. (UFF) A quantidade de calor Q transferida para o ar
durante o tempo t através da superfície aquecida de um
ferro de passar roupa de área A é dada por:
Q = htA (q– q0)
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,
29
onde θθ é a temperatura da superfície aquecida do ferro, qθ0 é
a temperatura do ar e h é a constante de proporcionalidade
denominada coeficiente de transferência de calor.
t
m
Q =k
A unidade da constante h no SI pode ser expressa
por:
a) Wm-1 K-1
b) Jm-2 K-1
c) Wm-2 K-1
A
(T 2
L
T 1 ) Δt
Onde k é a chamada condutividade térmica do metal de
que é feita a barra. A unidade de k, no SI, é:
a) cal/m.s
b) cal/m3.s
d) Wm-1 s-1
c) W/m.K
e) Jm-2 K-1
d) J/m.K
54. (PUC-Rio) Dois recipientes, um de alumínio e outro de
vidro, contêm, inicialmente, uma mesma quantidade de
água a uma mesma temperatura.
Esses recipientes são colocados, no mesmo instante, em
duas bocas de fogão que fornecem, a cada segundo,
uma mesma quantidade de calor.
Uma pessoa observa o seguinte:
I. A água no recipiente de alumínio entra em ebulição
antes da água no recipiente de vidro.
II. Quando ambas se encontram em ebulição, a ebulição da água no recipiente de alumínio é mais violenta que a da água no recipiente de vidro.
III. Retirando-se os recipientes do fogo, a ebulição da
água no recipiente de alumínio, cessa instantaneamente enquanto que a água no recipiente de vidro
continua a ferver por mais alguns segundos.
O fato de a condutibilidade térmica do vidro ser menor
que a do alumínio explica, dessas observações feitas:
a) apenas a I.
e) W/m3.K
56. (Uerj) Através de uma chapa metálica com 0,8cm de
espessura e uma secção de 10cm2 são transmitidas
900kcal/h. Sendo de 32oC a diferença de temperatura
entre as faces, podemos afirmar que a condutividade
térmica da chapa medida em cal s-1cm-1oC-1 vale:
a) 0,625
b) 0,250
c) 0,115
d) 0,140
e) 0,32
57. (Unirio) A figura abaixo representa um corte transversal
numa garrafa térmica hermeticamente fechada. Ela é
constituída por duas paredes. A parede interna é espelhada em suas duas faces e entre ela e a parede externa
existe uma região com vácuo.
b) apenas a I e a II.
c) apenas a I e a III.
d) apenas a II e a III.
55. (Unificado) Uma barra metálica cilíndrica, de comprimento
L e área de seção reta A, tem sua superfície lateral isolada
termicamente e suas bases estão em contato térmico com
dois grandes reservatórios de água mantidos, respectivamente, às temperaturas constantes T1 e T2, com T2 > T1.
30
A quantidade Q de calor, transferida pela barra do
reservatório quente (T2) para o reservatório frio (T1), no
intervalo de tempo ∆t, é dado pela expressão:
Como se explica o fato de que a temperatura de um
fluido no interior da garrafa mantêm-se quase que
inalterada durante um longo período de tempo?
a) A temperatura só permanecerá inalterada se o líquido estiver com uma baixa temperatura.
b) As faces espelhadas das paredes internas impedem
totalmente a propagação do calor por condução.
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EM_V_FIS_014
e) a I, a II e a III.
c) Como a parede interna é duplamente espelhada,
ela reflete o calor que chega por irradiação e, a região de vácuo evita a propagação do calor através
da condução e da convecção.
a) Reproduza a figura e indique com setas o sentido do
movimento do ar mais quente e do ar mais frio.
b) Qual dos blocos de gelo vai derreter primeiro e qual
vai demorar mais para derreter ?
d) Devido à existência de vácuo entre as paredes, o
líquido não perde calor para o ambiente através de
radiação eletromagnética.
e) Qualquer material plástico é um isolante térmico
perfeito, impedindo, portanto, toda e qualquer propagação de calor através dele.
58. (UFU) Quanto aos processos de transmissão de calor,
condução, convecção e radiação, analise as proposições:
I. A condução se dá apenas em meios materiais.
II. A convecção exige um meio fluido.
III. Os três processos exigem um meio material.
a) Apenas a proposição I é verdadeira.
b) Apenas a proposição II é verdadeira.
c) Apenas a proposição III é verdadeira.
d) São verdadeiras as proposições I e II.
e) São verdadeiras as proposições I e III.
59. (Cefet-PR) Uma placa de alumínio tem área de troca
térmica de 50cm de comprimento por 100cm de largura. A placa tem 0,5cm de espessura. A diferença de
temperatura entre as faces da placa é de 100oC. O calor
que passa através da placa, em cal/s, é igual a: (Dado:
condutividade térmica do alumínio = 0,5cal/cmoC)
a) 0,2 . 10º
b) 0,4 . 104
62. (FaapP-SP) Uma casa tem 5 janelas, tendo cada uma um
vidro de área 1,5m2 e espessura 0,003m. A temperatura externa é –50C e a interna é mantida a 200C, através da queima
de carvão. Qual a massa de carvão consumido no período de
12h para repor o calor perdido apenas pela janelas?
Dados: condutividade térmica do vidro = 0,72cal/h.m0C;
Poder de combustão do carvão = 6 000cal/g.
63. (ITA) Colaborando com a campanha de economia de
energia, um grupo de escoteiros construiu um fogão
solar, que consiste de um espelho de alumínio curvado
que foca a energia térmica incidente sobre uma placa
coletora. O espelho tem um diâmetro efetivo de 1,00m
e 70% da radiação solar incidente é aproveitada para de
fato aquecer uma certa quantidade de água. Sabemos
ainda que o fogão solar demora 18,4 minutos para de
fato aquecer 1,00 de água desde a temperatura de 20°C
até 100°C, e que 4,186.103J é a energia necessária para
elevar a temperatura de 1,00 de água de 1,00K. Com
base nos dados, estime a intensidade irradiada pelo Sol
na superfície da Terra, em W/m2. Justifique.
c) 0,6 . 108
d) 0,3 . 102
e) 0,5 . 106
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60. (PUC-SP) Uma estufa está à temperatura de 40oC,
quando no exterior a temperatura é de 0oC. As paredes
da estufa são constituídas de placas de vidro de espessura de 2mm e área de 2 500cm2. Qual o calor transmitido a cada segundo através da placa de vidro, sendo
k = 0,0015cal/s cmoC?
61. (Unicamp) Quatro grandes blocos de gelo, de mesma
massa e mesma temperatura inicial, envoltos em plásticos
impermeáveis, são pendurados na parede de um quarto
à temperatura de 25oC, com portas e janelas fechadas.
Conforme a figura a seguir, os blocos A e B estão
pendurados próximos ao teto e os blocos C e D
estão próximos ao chão. Os blocos A e D estão enrolados em cobertores; os outros dois não estão.
Considere que o único movimento de ar no quarto se
dá pela corrente de convecção.
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31
15. E
16. B
17. A
1. B
18. E
2. B
19. 12°C
3. A
20.
4. C
a) 5
5. E
b) 600cal
6. B
21. C
7.
22. D
E
8. D
23. D
9. c = 0,2cal/g C
24. D
10. A água absorve calor do corpo, o que provoca a diminuição da temperatura da criança.
25. B
o
12. B
13. B
14. E
32
26. B
27. D
28. D
29. v = 30m/s
30. 0,8cal/goC
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11. A
31. C
e) A mesma tem as paredes transparentes, deixando
penetrar a energia radiante que, quando absorvida
pelos corpos no seu interior e pelo chão (de cor escura), é devolvida na forma de raios infravermelhos
que não atravessam o meio transparente, mantendo o ambiente interno aquecido.
32. D
33. A
34. E
35. D
f) O fluxo de calor é proporcional à diferença de
­temperatura.
36. B
37. D
g) O calor específico da Terra é menor que o da água.
Durante o dia a Terra aquece mais a água. O ar, em
contato com a Terra, se aquece e sobe devido a menor densidade, criando uma região de menor pressão
e fazendo com que o ar que se encontra sobre a água
seja deslocado para a Terra (brisa marítima). Durante
a noite o processo se inverte (brisa terrestre).
38. A
39. θ = 24oC
40. Temos o fenômeno do regelo. Com o aumento da
pressão, ocorre na região sob o fio uma redução na
temperatura de fusão. O fio atravessa a água obtida
dessa fusão que, ao ser submetida a pressão ambiente,
volta a se congelar. Com isso, o fio atravessa o bloco
sem parti-lo.
41.
a) Sim, basta reduzir a pressão sobre a água.
b) O vapor pode se liquefazer, pelo aumento de
pressão, enquanto que o gás não pode ser liquefeito
isotermicamente.
c) Durante a mudança de fase, a temperatura é
constante.
42. A
43. E
52. B
53. A
54. A
55. B
56. D
57. C
58. B
59. O ar é isolante térmico e encontra-se preso entre as placas de vidro. A lâmina do meio dificulta a convecção.
60.
a) Devido ao vácuo entre as paredes espelhadas o
calor não se propaga por condução e convecção.
Pelo fato delas serem espelhadas interna e externamente, o calor não se propaga por irradiação.
44. E
45. C
46. E
b) A temperatura aumenta devido ao aumento da
energia cinética.
47. B
48. C
49. D
50. 100oC
51.
1. B
a) A garrafa térmica que é feita de vidro, um mau condutor de calor, possui uma parede dupla espelhada.
Entre essa parede dupla temos o vácuo, logo, não
temos a propagação do calor por condução e convecção. As paredes espelhadas interna e externa
impedem a propagação por irradiação.
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b) Porque temos ar entre os pequenos pedaços de
madeira, e o ar é isolante térmico.
c) P orque é um bom refletor da energia radiante incidente.
d) O gelo é isolante térmico, mantendo a temperatura
interna mais quente que a externa.
2. E
3. A
4. D
5. D
6. B
7.
0,75cal/goC
CY 4
8.
=
CX 3
9. Devido ao calor específico elevado, a água esquenta
e esfria lentamente. Devido a isso, essas regiões não
sofrem variações bruscas de temperatura.
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33
10. 360cal
36.
11. A
a) 10cal/oC
12. A
b) c = 0,5cal/goC
13. calorímetro de cobre (A).
c) 20oC
37.
14.
a) θ = 280 C
a) 0oC
b) ≅ 33oC
b) 250g de água.
o
15.
38. 2
39.
a)
a) θ = 56oC
b) m = 280g
40.
b)
a) τFAT = – 320J
b) v0 = 8m/s
c) 12,5s
41. ∆m = 0,0005%
m
42. C
16. 0,406cal/goC
17. 0,25cal/goC.
18. m ≅ 56g
43. E
19. θE = 4oC
44. E
20. Qt = 2 000cal.
21. m = 20g
45. E
22. E
46. A
23. D
47. C
24. D
48. mV = 5g
25. C
49.
26.
a) 1,8.102cal/min
a) 7,5J/ºCA = C e 5J/ºCB = C
m
3
b) A =
mB 4
27. 25 min.
b) 2/3
28. 0,20oC
29. 14 dias e 14 horas.
a) 1,44 × 107
b) 4,5 × 107cal
31. B
32. B
33. C
34. D
34
35. c = 0,20cal/goC
50. 3
51. ≅ 14,9s
52. A.
53. C
54. E
55. C
56. A
57. C
58. D
59. E
60. 750 cal/s
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30.
c) 35min
61.
a) O cobertor é isolante
b) B derrete primeiro por estar em cima e não estar
isolado. D demora a derreter.
62. 90g
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63. ≅ 552W/m
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