Atividade Complementar – Plano de Estudo

Atividade Complementar – Plano de Estudo
1. (Uerj 2014) Um sistema é constituído por uma pequena esfera metálica e pela água contida em
um reservatório. Na tabela, estão apresentados dados das partes do sistema, antes de a esfera ser
inteiramente submersa na água.
Partes
sistema
esfera
metálica
água do
reservatório
do
Temperatura
inicial (°C)
Capacidade
térmica
(cal/°C)
50
2
30
2000
A temperatura final da esfera, em graus Celsius, após o equilíbrio térmico com a água do reservatório,
é cerca de:
a) 20
b) 30
c) 40
d) 50
2. (Espcex 2014) Em uma casa moram quatro pessoas que utilizam um sistema de placas coletoras
de um aquecedor solar para aquecimento da água. O sistema eleva a temperatura da água de 20°C
para 60°C todos os dias.
Considere que cada pessoa da casa consome 80 litros de água quente do aquecedor por dia. A
situação geográfica em que a casa se encontra faz com que a placa do aquecedor receba por cada
metro quadrado a quantidade de 2,016  108 J de calor do sol em um mês.
Sabendo que a eficiência do sistema é de 50%, a área da superfície das placas coletoras para atender
à demanda diária de água quente da casa é de:
Dados:
Considere um mês igual a 30 dias
Calor específico da água: c=4,2 J/g °C
Densidade da água: d=1 kg/L
a) 2,0 m2
b) 4,0 m2
c) 6,0 m2
d) 14,0 m2
e) 16,0 m2
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3. (Uerj 2013) Considere duas amostras, X e Y, de materiais distintos, sendo a massa de X igual a
quatro vezes a massa de Y.
As amostras foram colocadas em um calorímetro e, após o sistema atingir o equilíbrio térmico,
determinou-se que a capacidade térmica de X corresponde ao dobro da capacidade térmica de Y.
Admita que c X e c Y sejam os calores específicos, respectivamente, de X e Y.
A razão
a)
1
4
b)
1
2
cX
é dada por:
cY
c) 1
d) 2
4. (Uerj 2013) Uma pessoa, com temperatura corporal igual a 36,7°C, bebe
1
litro de água a 15°C.
2
Admitindo que a temperatura do corpo não se altere até que o sistema atinja o equilíbrio térmico,
determine a quantidade de calor, em calorias, que a água ingerida absorve do corpo dessa pessoa.
Utilize: Calor específico da água = 1,0 cal g C; Massa específica da água = 1 g/cm3.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Leia o texto:
No anúncio promocional de um ferro de passar roupas a vapor, é explicado que, em funcionamento,
o aparelho borrifa constantemente 20 g de vapor de água a cada minuto, o que torna mais fácil o ato
de passar roupas. Além dessa explicação, o anúncio informa que a potência do aparelho é de 1 440
W e que sua tensão de funcionamento é de 110 V.
5. (Fatec 2013)
Da energia utilizada pelo ferro de passar roupas, uma parte é empregada na
transformação constante de água líquida em vapor de água. A potência dissipada pelo ferro para essa
finalidade é, em watts,
Adote:
• temperatura inicial da água: 25°C
• temperatura de mudança da fase líquida para o vapor: 100°C
• temperatura do vapor de água obtido: 100°C
• calor específico da água: 1 cal/(g °C)
• calor latente de vaporização da água: 540 cal/g
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• 1 cal = 4,2 J
a) 861.
b) 463.
c) 205.
d) 180.
e) 105.
6. (Uel 2012) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por exemplo, um forno
é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até
que se torne moldável. Considerando que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura
é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico
do ferro vale 0,1 cal/gºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser
cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.
Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC.
a) 25
b) 250
c) 2500
d) 25000
e) 250000
7. (Ufpa 2012) Um homem gasta 10 minutos para tomar seu banho, utilizando-se de um chuveiro
elétrico que fornece uma vazão constante de 10 litros por minuto. Sabendo-se que a água tem uma
temperatura de 20°C ao chegar no chuveiro e que alcança 40°C ao sair do chuveiro, e admitindo-se
que toda a energia elétrica dissipada pelo resistor do chuveiro seja transferida para a água nesse
intervalo de tempo, é correto concluir-se que a potência elétrica desse chuveiro é
Obs.: Considere que a densidade da água é 1 kg/litro, que o calor específico da água é 1 cal/g ºC e
que 1 cal = 4,2 J.
a) 10 KW
b) 12 KW
c) 14 KW
d) 16 KW
e) 18 KW
8. (Upf 2012) Dois blocos metálicos A e B, ambos de materiais diferentes, são colocados em contato
no interior de um calorímetro ideal, de modo a isolá-los de influências externas. Considerando que a
massa do bloco A (mA) é igual ao dobro da massa do bloco B (m B), o calor específico do bloco A (cA)
é igual à metade do calor específico do bloco B (c B) e a temperatura inicial do bloco A (TA) é igual ao
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triplo da temperatura inicial do bloco B (TB), pode-se afirmar que, quando alcançado o equilíbrio
térmico do sistema, a temperatura de equilíbrio (Teq) será igual a:
a) TB
b) 2 TB
c) 3 TB
d) 4 TB
e) 5 TB
9. (Ulbra 2012) Um bico de Bunsen consome 1,0 litro de gás combustível por minuto. A combustão
de 1,0m3 de gás libera 5000kcal. Sobre o bico de gás, coloca-se um recipiente contendo 2,0 litros de
água a 10°C. Sabendo que para o aquecimento da água se aproveitam 60% do calor liberado pela
combustão do gás e dado o calor específico sensível da água 1 cal/(g.°C) e massa específica 1g/cm 3,
o tempo necessário, em minutos, para levar a água ao ponto de ebulição, é o seguinte:
a) 35.
b) 40.
c) 55.
d) 60.
e) 90.
10. (Enem PPL 2012) Em um centro de pesquisa de alimentos, um técnico efetuou a determinação
do valor calórico de determinados alimentos da seguinte forma: colocou uma massa conhecida de
água em um recipiente termicamente isolado. Em seguida, dentro desse recipiente, foi queimada uma
determinada massa do alimento. Como o calor liberado por essa queima é fornecido para a água, o
técnico
calculou
a
quantidade
de
calor
que
cada
grama
do
alimento
libera.
Para a realização desse teste, qual aparelho de medida é essencial?
a) Cronômetro.
b) Dinamômetro.
c) Termômetro.
d) Radiômetro.
e) Potenciômetro.
11. (Pucrj 2012) Um copo com 300 ml de água é colocado ao sol. Após algumas horas, verifica-se
que a temperatura da água subiu de 10 °C para 40 °C.
Considerando-se que a água não evapora, calcule em calorias a quantidade de calor absorvida pela
água.
Dados: dágua = 1 g/cm3 e cágua = 1 cal/g °C
a) 1,5  105
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b) 2,0  105
c) 3,0  103
d) 9,0  103
e) 1,2  102
12. (Pucrj 2012) Uma barra metálica, que está sendo trabalhada por um ferreiro, tem uma massa M
= 2,0 kg e está a uma temperatura Ti. O calor específico do metal é cM = 0,10 cal/g °C. Suponha que
o ferreiro mergulhe a barra em um balde contendo 10 litros de água a 20 °C. A temperatura da água
do balde sobe 10 °C com relação à sua temperatura inicial ao chegar ao equilíbrio.
Calcule a temperatura inicial Ti da barra metálica.
Dado: cágua = 1,0 cal/g °C e dágua = 1,0 g/cm3
a) 500 °C
b) 220 °C
c) 200 °C
d) 730 °C
e) 530 °C
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Gabarito:
Resposta da questão 1:
[B]
A análise dos dados dispensa cálculos. A capacidade térmica da esfera metálica é desprezível em
relação à da água contida no reservatório, portanto, a temperatura da água praticamente não se
altera, permanecendo em cerca de 30 °C.
Mas, comprovemos com os cálculos.
Considerando o sistema água-esfera termicamente isolado:
Qesf  Qágua  0  Cesf Tesf  Cágua Tágua  0 
2  T  50   2.000  T  30   0  2 T  100  2.000 T  60.000  0
2.002 T  60.100  0  T 

60.100
 30,0998 C 
2.002
T  30 C.
Resposta da questão 2:
[E]
Dados:
Vág  4  80  320 L  mág  320 kg  3,2  105 g; c  4,2 J / g  C;   60 – 20  40 C;
  50%  0,5; I r  2,016  108 J / m2  mês.
Calculando a quantidade de calor que deve ser absorvida diariamente:
Q  mág c   3,2  105  4,2  40  Q  53,76  10 6 J.
A intensidade de radiação absorvida diariamente é:
Iabs 
 I r 0,5  2,016  108

t
30
 Iabs  3,36  106
J
2
m  dia
Calculando a área total das placas:
3,36  106 J / dia  1 m2


53,76  106 J / dia  A m2
 A
53,76  106
3,36  106
A  16 m2 .
Resposta da questão 3:
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[B]
Dados apresentados no enunciado:
mx  4my
Cx  2Cy
A relação entre a capacidade térmica de um corpo e sua massa é dada por:
C  m  c , em que “c” corresponde ao calor específico sensível. Assim sendo, temos:
mx  c x  2  my  c y  4my  c x  2  my  c y
2  cx  cy

cx 1

cy 2
Resposta da questão 4:
A partir dos dados apresentados no enunciado, temos:
d 1
g
3
1
cm
g 1000 g

ml
l
Assim sendo, concluímos que meio litro de água corresponderá a 500 gramas. Calculemos agora a
variação da temperatura sofrida pela água ingerida:
Δθ  36,7  15  21,7
Utilizando a equação fundamental da calorimetria:
Q  m  c  Δθ
Substituindo pelos valores encontrados, temos:
Q  500.1 21,7
 Q  10850 cal
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Resposta da questão 5:
[A]
Dados: 1 cal = 4,2 J; θ0  25C; θ  100C; c = 1 cal/g°C = 4,2 J/g°C; LV = 540 cal/g = 2.268 J/g; m
= 20 g; Δ t = 1 min = 60 s.
O calor total fornecido à massa de água é a soma do calor sensível com o calor latente.
Q  Q S  Q L  Q  m c Δθ  m L V
 Q  20  4,2 100  25   20  2.268 
Q  51.660 J.
Da expressão da potência térmica:
Q
t
P
 P
51.660
60

P  861 W.
Resposta da questão 6:
[D]
Da equação fundamental da calorimetria:
Q  mc  Q  500  0,1 520  20   25.000 cal.
Resposta da questão 7:
[C]
Dados: θ0 = 20 °C; θ = 40 °C; Z = 10 L/min; ρ = 1 kg/L; 1 cal = 4,2 J; c = 1 cal/g°C  c = 4,2
J/g°C.
A massa de água que passa pelo chuveiro a cada minuto é:
ρ
m
 m  ρ V  110   m  10 kg  10.000 g.
V
A quantidade de calor absorvida por essa massa de água é:
Q  m c    0   10.000  4,2  40  20   840.000 J.
Como essa quantidade de calor é trocada a cada minuto (60 s), vem:
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P
Q 840.000

 P  14.000 W  P  14 kW.
t
60
Resposta da questão 8:
[B]
Dados: mA = 2 mB; cA = cB/2; TA = 3 TB.
Como o sistema é termicamente isolado, o somatório dos calores trocados entre os dois corpos é
nulo.
QA  QB  0  mA c A ΔTA  mB cB ΔTB  0 
cB
2mB
 T  3TB   mB cB  T  TB   T  3TB  T  TB  0 
2
2T  4TB  T  2TB .
Resposta da questão 9:
[D]
Dados: Va = 2 L  ma = 2.000 g; ca = 1 cal/g°C;   90C.
Calculando a quantidade de calor necessária para aquecer a água:
Qa  ma ca Δθa  2.000 190   Qa  180.000 cal  180 kcal.
Essa quantidade representa apenas 60% do calor total liberado pela combustão do gás. A
quantidade total liberada é:
Qa  0,6 QT
 QT 
180
0,6
 QT  300 kcal.
Se 1 m3 (1.000 L) de gás libera 5.000 kcal, cada litro libera 5 kcal. Ou seja, são liberados 5 kcal a
cada minuto.
Assim:

5 kcal  1 min


300 kcal  t
t
300
 60 min.
5
Resposta da questão 10:
[C]
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A equação do calor sensível é: Q  m c . No caso, m é a massa da água, segundo o enunciado, já
conhecida; c é calor específico médio da água, também já conhecido (1 cal/g°C). Para a
determinação da variação da temperatura (  ) é necessário um termômetro.
Resposta da questão 11:
[D]
Dados: V = 300 ml  m = 300 g; c = 1 cal/g°C;   40  10  30C.
Usando a equação do calor sensível:
Q  m c   Q  300  1 30  9  103 cal.
Resposta da questão 12:
[E]
Dados:
M  2 kg  2.000 g; Vágua  10 L; dágua  1,0 g / cm3  1.000 g / L; c água  1,0 cal / g °C;
cM  0,10 cal / g  C; Tf  30 °C; água  10 °C.
Considerando que o sistema seja termicamente isolado, temos:
Qágua  Qbarra  0   d V c  água  M cM M  0 
1.000  10  1 10  2.000  0,1 30  Tf   0  500  30  Tf

Tf  530 C.
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