TD 04 – CALORIMETRIA 01. Uma forma de gelo com água a 25 oC

T.D. 04 – CALORIMETRIA
NOME:
01. Uma forma de gelo com água a 25 oC é colocada num freezer
de uma geladeira para formar gelo. O freezer está no nível
de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a
–18 oC. As etapas do processo de trocas de calor e de
mudança de estado da substância água podem ser
identificadas num gráfico da temperatura X quantidade de
calor cedida. Qual dos gráficos a seguir mostra,
corretamente (sem considerar a escala), as etapas de
mudança de fase da água e de seu resfriamento para uma
atmosfera?
a)
b)
c)
d)
e)
TURMA:
DATA:
02. Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma
capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação
de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor.
A diferença entre suas massas é igual a 100 g e a razão entre
seus calores específicos é igual a 6/5.
A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a:
a) 250
b) 300
c) 500
d) 600
e) 800
03. Em um experimento que recebeu seu nome, James Joule
determinou o equivalente mecânico do calor: 1 cal = 4,2 J.
Para isso, ele utilizou um dispositivo em que um conjunto de
paletas giram imersas em água no interior de um recipiente.
Considere um dispositivo igual a esse, no qual a energia
cinética das paletas em movimento, totalmente convertida
em calor, provoque uma variação de 2 oC em 100 g de água.
Essa quantidade de calor corresponde à variação da energia
cinética de um corpo de massa igual a 10 kg ao cair em queda
livre de uma determinada altura. Essa altura, em metros,
corresponde a:
a) 2,1
b) 4,2
c) 8,4
d) 16,8
e) 33,6
04. Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a
ser superado para que o homem possa viver em condições
extremas de temperatura. Para isso, o entendimento
completo dos mecanismos de troca de calor é
imprescindível.
Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve
reconhecer o processo de troca de calor envolvido.
I.
As prateleiras de uma geladeira doméstica são
grades vazadas, para facilitar fluxo de energia
térmica até o congelador por __________
II.
O único processo de troca de calor que pode ocorrer
no vácuo é por __________.
III.
Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as
paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia
ou entre por __________.
Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para
preencher as lacunas corretamente são:
a) condução, convecção e radiação.
b) condução, radiação e convecção.
c) convecção, condução e radiação.
d) convecção, radiação e condução.
05. O estudo da calorimetria e das leis da termodinâmica nos dá
explicações para vários fenômenos encontrados na
natureza. Considere o seguinte texto que apresenta a
explicação, do ponto de vista dessas áreas da Física, para a
formação das nuvens:
08. Quando um patinador desliza sobre o gelo, o seu movimento
é facilitado porque, enquanto ele anda, o gelo transforma-se
em água líquida, o que faz com que diminua o atrito entre os
patins e o gelo.
Se o gelo encontra-se a uma temperatura inferior a 0 oC, a
água líquida é formada pela passagem do patinador porque
Quando uma porção de ar aquecido sobe, contendo água
que acabou de __________ da superfície, passa a estar
submetida a uma pressão cada vez __________. A rápida
variação na pressão provoca uma rápida expansão do ar
junto com uma redução de seu/sua __________. Essa rápida
expansão é considerada __________, isto é, sem troca de
calor com sua vizinhança, porque ocorre muito rapidamente.
O gás em expansão __________ energia interna ao se
expandir, e isso acarreta seu resfriamento até atingir uma
temperatura na qual a quantidade de vapor de água é
suficiente para saturar o ar naquele ponto e assim formar as
nuvens.
Assinale a alternativa que preenche as lacunas
corretamente.
a) evaporar, menor, temperatura, adiabática, perde.
b) condensar, menor, volume, adiabática, ganha.
c) evaporar, maior, temperatura, isotérmica, ganha.
d) condensar, maior, volume, isobárica, perde.
e) sublimar, menor, temperatura, isotérmica, ganha.
a) a temperatura do gelo aumenta devido ao
movimento relativo entre os patins e o gelo.
b) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela
lâmina dos patins diminui o ponto de fusão do
gelo.
c) o aumento da pressão sobre o gelo imposta pela
lâmina dos patins aumenta o ponto de fusão do
gelo.
d) a temperatura do gelo não varia devido ao
movimento relativo entre os patins e o gelo.
09. Estudantes de uma escola participaram de uma gincana e
uma das tarefas consistia em resfriar garrafas de
refrigerante. O grupo vencedor foi o que conseguiu a
temperatura mais baixa. Para tal objetivo, as equipes
receberam caixas idênticas de isopor sem tampa e iguais
quantidades de jornal, gelo em cubos e garrafas de
refrigerante. Baseando-se nas formas de transferência de
calor, indique a montagem que venceu a tarefa.
a)
06. As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas
peças móveis são alguns dos fatores que provocam o
aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar
o superaquecimento e consequentes danos a esses motores,
foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em
que um fluido arrefecedor com propriedades especiais
circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao
passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.
Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para
cumprir seu objetivo com maior eficiência?
a) Alto calor específico.
b) Alto calor latente de fusão.
c) Baixa condutividade térmica.
d) Baixa temperatura de ebulição.
e) Alto coeficiente de dilatação térmica.
b)
c)
07. A panela de pressão permite que o cozimento dos alimentos
ocorra mais rapidamente que em panelas comuns.
Se, depois de iniciada a saída de vapor pela válvula,
baixarmos o fogo, para economizar gás, o tempo gasto no
cozimento
d)
a) aumenta, pois a temperatura diminui dentro da
panela.
b) diminui, pois a temperatura aumenta dentro da
panela.
c) aumenta, pois diminui a formação de vapor
dentro da panela.
d) não varia, pois a temperatura dentro da panela
permanece constante.
e)
2
11. O gráfico a seguir assinala a média das temperaturas
mínimas e máximas nas capitais de alguns países europeus,
medidas em graus Celsius.
10. O gráfico representa, aproximadamente, como varia a
temperatura ambiente no período de um dia, em
determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa
região a maior parte da superfície do solo é coberta por
areia e a umidade relativa do ar é baixíssima.
Considere a necessidade de aquecer 500 g de água de
0 oC até a temperatura média máxima de cada uma das
capitais.
Determine em quantas dessas capitais são necessárias mais
de 12 kcal para esse aquecimento. Considere o calor
específico da água igual a 1 cal/g.°C.
a) 2
b) 3
c) 4
d) 5
e) 7
A grande amplitude térmica diária observada no gráfico
pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que
a) a água líquida apresenta calor específico menor
do que o da areia sólida e, assim, devido a maior
presença de areia do que de água na região, a
retenção de calor no ambiente torna-se difícil,
causando a drástica queda de temperatura na
madrugada.
b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela
esquenta rapidamente quando ganha calor e
esfria rapidamente quando perde. A baixa
umidade do ar não retém o calor perdido pela
areia quando ela esfria, explicando a queda de
temperatura na madrugada.
c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens
no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o
que contribui para uma maior retenção de energia
térmica na região.
d) o calor se propaga facilmente na região por
condução, uma vez que o ar seco é um excelente
condutor de calor. Dessa forma, a energia retida
pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente
à noite, causando a queda de temperatura.
e) da grande massa de areia existente na região do
Saara apresenta grande mobilidade, causando a
dissipação do calor absorvido durante o dia e a
drástica queda de temperatura à noite.
12. “Epagri confirma registro de neve em Palhoça.
Houve registro do fenômeno também em Rancho
Queimado, Alfredo Wagner e Angelina, na Grande
Florianópolis.
Os morros na região do Cambirela, em Palhoça,
amanheceram com paisagem europeia nesta terça-feira. A
neve que caiu na cidade pintou o topo de branco e chamou
a atenção de moradores [...]”
Esta notícia, publicada no ClicRBS – Diário Catarinense, em
23/07/2013, registra um evento que não ocorria há mais de
29 anos na região e que transformou a paisagem do
Cambirela em um belíssimo cartão-postal.
Neve é um fenômeno meteorológico em que ocorre a
precipitação de flocos formados por pequenos cristais
de gelo, ou seja, água na fase sólida.
Com base no diagrama de fase da água apresentado e
nas mudanças de fase da água, assinale a(s)
proposição(ões) CORRETA(S).
01. É fato que na pressão de 1,0 atm a água atinge a
densidade máxima a 4 °C e, à medida que sua
temperatura se aproxima de 0 °C, sua densidade
3
02.
04.
08.
16.
32.
64.
diminui. Este fato é consequência das ligações
pontes de hidrogênio que surgem entre as
moléculas de água, causando um aumento dos
espaços entre as moléculas.
No ponto PT, que no diagrama de fase representa o
ponto triplo, é possível encontrar a substância em
uma das três fases da matéria de cada vez.
Quando uma substância no estado gasoso é
liquefeita somente com o aumento da pressão, ela
é classificada como vapor.
O processo de vaporização da água, passagem da
fase líquida para a fase sólida, pode ocorrer de três
maneiras: evaporação – lento; ebulição – muito
rápido; calefação – rápido.
A sensação de frio é maior quando a neve derrete
do que quando ela se forma. Isto é explicado pelo
fato de que a fusão é uma reação exotérmica,
enquanto que a solidificação é uma reação
endotérmica.
Sublimação é a mudança da fase sólida para a fase
gasosa, sem passar pela fase líquida, somente com
o aumento da pressão.
A curva de fusão/solidificação indica que, à medida
que aumentamos a pressão sobre a substância
água durante a mudança de fase, a temperatura de
fusão/solidificação diminui.
14. Com 77% de seu território acima de 300 m de altitude
e 52% acima de 600 m, Santa Catarina figura entre os
estados brasileiros de mais forte relevo. Florianópolis,
a capital, encontra-se ao nível do mar. Lages, no
planalto, varia de 850 a 1200 metros acima do nível do
mar. Já o Morro da Igreja situado em Urubici é
considerado o ponto habitado mais alto da Região Sul
do Brasil.
A tabela abaixo nos mostra a temperatura de ebulição
da água nesses locais em função da altitude.
Localidade
Florianópolis
Lages (centro)
Morro da Igreja
Altitude em
relação ao
nível do mar (m)
0
916
1822
Temperatura
aproximada de
ebulição da água
(°C)
100
97
94
Considere a tabela e os conhecimentos de termologia
e analise as afirmações a seguir.
I.
Em Florianópolis os alimentos preparados
dentro da água em uma panela comum são
cozidos mais depressa que em Lages,
utilizando-se a mesma panela.
II.
No Morro da Igreja, a camada de ar é menor,
por consequência, menor a pressão
atmosférica exercida sobre a água, o que
implica em um processo de ebulição a uma
temperatura inferior a Florianópolis.
III.
Se quisermos cozinhar em água algum
alimento no Morro da Igreja, em uma panela
comum, será mais difícil que em Florianópolis,
utilizando-se a mesma panela. Isso porque a
água irá entrar em ebulição e secar antes
mesmo que o alimento termine de cozinhar.
IV.
Se quisermos cozinhar no mesmo tempo em
Lages e Florianópolis um mesmo alimento,
devemos usar em Florianópolis uma panela de
pressão.
Todas as afirmações corretas estão em:
a) I - II - III
b) I - II - IV
c) II - III - IV
d) III - IV
13. A elevação da temperatura das águas de rios, lagos e
mares diminui a solubilidade do oxigênio, pondo em
risco as diversas formas de vida aquática que
dependem desse gás. Se essa elevação de temperatura
acontece por meios artificiais, dizemos que existe
poluição térmica. As usinas nucleares, pela própria
natureza do processo de geração de energia, podem
causar esse tipo de poluição.
Que parte do ciclo de geração de energia das usinas
nucleares está associada a esse tipo de poluição?
a) Fissão do material radioativo.
b) Condensação do vapor-d‘água no final do
processo.
c) Conversão de energia das turbinas pelos
geradores.
d) Aquecimento da água líquida para gerar vapor
d‘água.
e) Lançamento do vapor-d‘água sobre as pás das
turbinas.
4
15. Uma ferramenta de corte a raio laser consegue cortar
vários materiais, como aço carbono, aço inoxidável,
alumínio, titânio, plásticos, etc. Supondo, numa
situação idealizada para fins de simplificação, que o
material sólido a ser cortado estava exatamente na sua
temperatura de transição do estado sólido para o
líquido; além disso, que o laser foi aplicado e liquefez o
material nos trechos em que esteve em contato com
ele, porém, sem aumentar a temperatura do material
nesses trechos. Pode-se dizer que o laser transferiu
para o material uma quantidade de energia associada
diretamente
a) ao calor específico do material.
b) ao calor latente de fusão do material.
c) à capacidade térmica do material.
d) ao módulo de compressibilidade do material.
d)
17. Considere a superfície de um líquido aquecido no qual
as moléculas escapem dessa superfície formando sobre
ela uma camada de vapor. Parte das moléculas desse
vapor, devido ao seu movimento desordenado,
chocam-se com a superfície e retornam ao líquido.
Com relação aos processos térmicos envolvidos na
situação descrita acima, é CORRETO afirmar que
a) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície
do líquido acarreta um aumento na evaporação e
uma diminuição na condensação.
b) os processos de evaporação e condensação de
vapor não ocorrem simultaneamente.
c) próximo à superfície da substância líquida, tanto a
vaporização quanto a condensação ocorrem
mediante trocas de energia entre a substância e o
meio no qual a substância se encontra.
d) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície
do líquido acarreta um aumento tanto na
evaporação quanto na condensação.
e) ao número de moles do material.
16. Considere estas informações:
• a temperaturas muito baixas, a água está sempre na
fase sólida;
• aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão
da água diminui.
Assinale a alternativa em que o diagrama de fases
pressão versus temperatura para a água está de
acordo com essas informações.
a)
18. Quando aquecemos água em nossas casas utilizando
um recipiente aberto, sua temperatura nunca
ultrapassa os 100 oC. Isso ocorre porque:
a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua
capacidade de absorver calor.
b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder
exatamente a mesma quantidade de calor que
está recebendo, mantendo assim sua temperatura
constante.
c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura
constante.
d) ao atingir essa temperatura, a água começa a
expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos.
b)
c)
19. Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com
a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas
de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo.
5
Marque a opção que descreve o que acontece a
seguir.
a) A bola de metal esfria mais rápido e derrete mais
gelo.
b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete
menos gelo.
c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete
menos gelo.
d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas
derretem a mesma quantidade de gelo.
e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e
derretem a mesma quantidade de gelo.
20. A água apresenta propriedades físico-químicas que a
coloca em posição de destaque como substância
essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as
propriedades
térmicas
biologicamente
muito
importantes, por exemplo, o elevado valor de calor
latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à
quantidade de calor que deve ser adicionada a um
líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de
massa, para convertê-lo em vapor na mesma
temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias
por grama.
A propriedade físico-química mencionada no texto
confere à água a capacidade de
a) servir como doador de elétrons no processo de
fotossíntese.
b) funcionar como regulador térmico para os
organismos vivos.
c) agir como solvente universal nos tecidos animais e
vegetais.
d) transportar os íons de ferro e magnésio nos
tecidos vegetais.
e) funcionar como mantenedora do metabolismo
nos organismos vivos.
Gabarito
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
A
C
C
D
A
A
D
B
E
B
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
D
69
B
A
B
D
C
C
C
B



6
11) F, G, H, J e K
12) 01 + 04 + 64 = 69
16)