Calorimetria avançado - 2013

Calorimetria – Avançado

Professor Neto
Professor Allan Borçari
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Questão 01 - (MACK SP)
Um estudante no laboratório de física,
por descuido, colocou 200 g de água
liquida (calor específico 1 cal/(g.ºC)) a
100 ºC no interior de um calorímetro de
capacidade térmica 5 cal/ºC, que contém
100 g de água a 20 ºC. A massa de água
líquida a 0 ºC, que esse aluno deverá
adicionar no calorímetro, para que a
temperatura de equilíbrio térmico volte a
ser 20 ºC, é
a) 900 g
b) 800 g
c) 700 g
d) 600 g
e) 500 g
Questão 02 - (UEPG PR)
Um vaso adiabático de capacidade
térmica C contém no seu interior uma
determinada massa m de água quente. A
ela é misturada uma massa M de água
fria. Considerando que as temperaturas
quente e fria são θ1 e θ2 respectivamente,
assinale o que for correto.
01. O somatório das quantidades de
calor trocadas entre a água quente e
fria e o vaso adiabático é zero
(nula).
02. Sendo o sistema ideal, a temperatura
de equilíbrio térmico é dada por
.
04. Se M for igual a m, a temperatura de
equilíbrio térmico é dada pela média
aritmética de θ1 e θ2.
08. A capacidade térmica das massas de
água m e M quando essas forem
iguais serão diferentes, porque o
valor do calor específico nas
respectivas temperaturas são
diferentes.
16. O vaso adiabático e a massa de água
quente fornecem, cada uma delas, à
massa de água fria, a mesma
quantidade de calor, porque sofrem
a mesma variação de temperatura.
Questão 03 - (FUVEST SP)
Em uma sala fechada e isolada
termicamente, uma geladeira, em
funcionamento, tem, num dado instante,
sua porta completamente aberta. Antes
da abertura dessa porta, a temperatura da
sala é maior que a do interior da
geladeira. Após a abertura da porta, a
temperatura da sala,
a) diminui até que o equilíbrio térmico
seja estabelecido.
b) diminui continuamente enquanto a
porta permanecer aberta.
c) diminui inicialmente, mas,
posteriormente, será maior do que
quando a porta foi aberta.
d) aumenta inicialmente, mas,
posteriormente, será menor do que
quando a porta foi aberta.
e) não se altera, pois se trata de um
sistema fechado e termicamente
isolado.
Questão 04 - (UFJF MG)
Desde a descoberta do laser em 1953,
esse dispositivo tem se tornado cada vez
mais comum no nosso dia a dia. Um
estudante de ensino médio, que possui
um laser verde com potência 200 mW ,
escuta de um amigo que, se um laser for
focalizado na retina do olho humano, a
pessoa atingida pode ficar cega. Estudos
recentes mostram que a retina do olho
humano apresenta um calor específico c
= 3590 J / kg×K e uma densidade ρ =
1000 kg/m3
. Considerando que o laser
tenha um comprimento de penetração no
tecido do olho humano d = 1,0 mm e que
a área efetiva atingida no fundo do olho
seja A = 25,0 mm2
, qual será a variação
de temperatura local aproximada ΔT
ocorrida no fundo do olho, mostrado na
figura abaixo, caso alguém focalize esse
laser durante um intervalo de tempo de


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Δt = 5 s? Despreze qualquer tipo de
perda de energia.
a) 23,89 K
b) 15,32 K
c) 11,14 K
d) 9,14 K
e) 7,91 K
Questão 05 - (UFG GO)
Os avanços da Física fornecem valiosas
ferramentas de investigação para outras
áreas da ciência. Por exemplo, a
descoberta dos raios X possibilitou à
Medicina o tratamento do câncer
mediante o uso de radiações ionizantes.
Nessa terapia, a unidade de medida para
a dose de radiação absorvida é o gray
(Gy), que equivale a 1 J de energia
absorvida por quilograma do tecido-
alvo. Atualmente, novas terapias vêm
sendo propostas para tratar tumores pela
elevação da sua temperatura
(hipertermia), pois os tumores são
sensíveis a aquecimentos acima de 42
ºC. Para uma determinada aplicação
radiológica, um médico solicitou à sua
equipe aplicações de raios X em um
determinado tumor de massa estimada
em 50 g, em doses diárias de 2 Gy.
Considerando que a temperatura do
corpo humano é de 37 ºC, que o calor
específico do tumor é igual ao da água e
que o valor aproximado de 1 caloria é de
4 joules, determine, em unidades do SI,
a
a) energia absorvida por esse tumor em
cada aplicação;
b) dose necessária para que a
radioterapia seja considerada uma
modalidade de hipertermia.
Questão 06 - (UNESP)
Foi realizada uma experiência em que se
utilizava uma lâmpada de
incandescência para, ao mesmo tempo,
aquecer 100 g de água e 100 g de areia.
Sabe-se que, aproximadamente, 1 cal = 4
J e que o calor específico da água é de 1
cal/g ºC e o da areia é 0,2 cal/g ºC.
Durante 1 hora, a água e a areia
receberam a mesma quantidade de
energia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-
se que a água variou sua temperatura em
8 ºC e a areia em 30 ºC. Podemos
afirmar que a água e a areia, durante essa
hora, perderam, respectivamente, a
quantidade de energia para o meio, em
kJ, igual a
a) 0,4 e 3,0.
b) 2,4 e 3,6.
c) 0,4 e 1,2.
d) 1,2 e 0,4.
e) 3,6 e 2,4.
Questão 07 - (UEFS BA)
A diminuição da temperatura do corpo
de uma pessoa falecida tem uma
importância significativa na
determinação do tempo de morte. Com a
falência do sistema termorregulador, a
tendência do corpo é equilibrar sua
temperatura com a do meio ambiente.
Assim, é possível medir a temperatura
de um cadáver e estimar o tempo de
morte.
Para um cadáver que se encontra a
29,0°C, considerando-se a temperatura
corporal média de 36,6°C, a faixa da
temperatura ambiente por volta dos
25,0°C e a taxa de queda da temperatura
do corpo humano, após a morte, como
sendo 6,7.10−1
°C/h, o tempo decorrido
desde a morte é de, aproximadamente,
a) 10h30min
b) 11h18min


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c) 12h15min
d) 13h20min
e) 14h10min
Uma das medidas adotadas para resfriar
o reator superaquecido da usina nuclear
de Fukushima foi usar um canhão
d'água. Ao evaporar 1,0 tonelada de
água, inicialmente a 10 ºC, a energia
térmica, em joules, retirada das paredes
do reator, foi de:
Dados:
Calor latente da água: 80 cal/g
Calor específico da água: 1,0
cal/g⋅ºC
1 cal ≈ 4,0 J
a) 3,6x105
b) 1,7x105
c) 6,8x105
d) 3,6x108
e) 6,8x108
Questão 09 - (UNESP)
Uma bolsa térmica com 500 g de água à
temperatura inicial de 60 ºC é
empregada para tratamento da dor nas
costas de um paciente. Transcorrido um
certo tempo desde o início do
tratamento, a temperatura da água
contida na bolsa é de 40 ºC.
Considerando que o calor específico da
água é 1 cal/(g·ºC), e supondo que 60%
do calor cedido pela água foi absorvido
pelo corpo do paciente, a quantidade de
calorias recebidas pelo paciente no
tratamento foi igual a
a) 2 000.
b) 4 000.
c) 6 000.
d) 8 000.
e) 10 000.
Questão 10 - (ESCS DF)
Um corpo metálico, cujo calor específico
é 0,1 cal/gºC, e massa de 1 kg, é
abandonado de uma altura de 42m acima
do solo. A colisão entre o corpo e o solo
é inelástica, e toda a energia dissipada é
absorvida somente pelo corpo.
Considere g=10 m/s2
e 1cal=4,2J. A
variação de temperatura do corpo medida
em graus Celsius é de:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
TEXTO: 1 - Comum à questão: 11
OBSERVAÇÃO: Nas questões em que
for necessário, adote para g, aceleração
da gravidade na superfície da Terra, o
valor de 10 m/s2
; para c, velocidade da
luz no vácuo, o valor de 3 × 108
m/s.
Energia térmica, obtida a partir da
conversão de energia solar, pode ser
armazenada em grandes recipientes
isolados, contendo sais fundidos em altas
temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o
sal nitrato de sódio (NaNO3),
aumentando sua temperatura de 300 ºC
para 550 ºC, fazendo-se assim uma
reserva para períodos sem insolação.
Essa energia armazenada poderá ser
recuperada, com a temperatura do sal
retornando a 300 ºC. Para armazenar a
mesma quantidade de energia que seria
obtida com a queima de 1 L de gasolina,
necessita-se de uma massa de NaNO3
igual a
a) 4,32 kg.
b) 120 kg.
c) 240 kg.
d) 3 × 104
kg.


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e) 3,6 × 104
kg.
Questão 12 - (UFRJ)
Um calorímetro ideal contém uma certa
massa de um líquido A a 300K de
temperatura. Um outro calorímetro,
idêntico ao primeiro, contém a mesma
massa de um líquido B à mesma
temperatura.
Duas esferas metálicas idênticas, ambas a
400K de temperatura, são introduzidas
nos calorímetros, uma no líquido A, outra
no líquido B. Atingido o equilíbrio
térmico em ambos os calorímetros,
observa-se que a temperatura do líquido
A aumentou para 360K e a do líquido B,
para 320K.
Sabendo que as trocas de calor ocorrem a
pressão constante, calcule a razão cA/cB
entre o calor específico cA do líquido A e
o calor específico cB do líquido B.
Questão 13 - (UFTM)
Após um carpinteiro enterrar um enorme
prego de ferro em uma viga de peroba,
verifica-se que a temperatura do mesmo
elevou-se em 10 ºC.
Dados:
• calor específico do ferro = 0,1 cal/(g
ºC)
• massa do prego = 50 g
• 1 cal = 4,2 J
Admitindo que 60% da energia
transferida pelo martelo tenha acarretado
a elevação da temperatura do prego e,
considerando que o carpinteiro tenha
desferido 50 golpes com seu martelo
sobre o prego, a energia média, em
joules, transferida em cada martelada é:
a) 10.
b) 9.
c) 8.
d) 7.
e) 6.
TEXTO: 2 - Comum à questão: 14
OBSERVAÇÃO: Nas questões em que for
necessário, adote para g, aceleração da
gravidade na superfície da Terra, o valor de
10 m/s2
; para a massa específica (densidade)
da água, o valor de ; para o
calor específico da água, o valor de
; para uma caloria, o valor de 4
joules.
Um trocador de calor consiste em uma
serpentina, pela qual circulam 18 litros de
água por minuto. A água entra na
serpentina à temperatura ambiente (20ºC)
e sai mais quente. Com isso, resfria-se o
líquido que passa por uma tubulação
principal, na qual a serpentina está
enrolada. Em uma fábrica, o líquido a ser
resfriado na tubulação principal é
também água, a 85 ºC, mantida a uma
vazão de 12 litros por minuto. Quando a
temperatura de saída da água da
serpentina for 40 ºC, será possível
estimar que a água da tubulação principal
esteja saindo a uma temperatura T de,
aproximadamente,
a) 75 ºC
b) 65 ºC


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c) 55 ºC
d) 45 ºC
e) 35 ºC
Questão 15 - (UFRN)
Segundo pesquisadores, o aquecimento
global deve-se a fatores tais como o
processo de decomposição natural de
florestas, o aumento da atividade solar, as
erupções vulcânicas, além das atividades
humanas, os quais contribuem para as
alterações climáticas, com conseqüente
derretimento das calotas polares e
aumento do nível médio dos oceanos.
Tentando simular o processo de
derretimento das calotas polares em
escala de laboratório, um estudante
utilizou um calorímetro contendo um
bloco de 1,0 kg de gelo a –30 ºC, ao qual
foi adicionada certa quantidade de calor.
Dados:
Quantidade de calor sensível recebido
ou cedido por uma substância:
Quantidade de calor latente recebido
ou cedido por uma substância durante
uma mudança de estado físico: Q =
mL
Calor específico do gelo:
Calor latente de fusão do gelo:
A partir dessas informações,
a) determine a quantidade de calor que
deve ser adicionada ao calorímetro
para elevar a temperatura do gelo de -
30 ºC para 0 ºC;
b) determine a quantidade de calor que
deve ser adicionada ao calorímetro
para transformar o gelo a 0 ºC em
líquido a 0 ºC;
c) considerando que, no norte da
Groenlândia, a temperatura média do
gelo é cerca de -30 ºC e que a massa
média de gelo derretida (entre 2003 e
2007) foi de , determine
a quantidade de calor necessária para
realizar, anualmente, o processo de
transformação dessa quantidade de
gelo em água.
Uma bomba calorimétrica, usada para
determinar o poder calorífico de
combustíveis, é composta de uma
câmara de combustão imersa em um
tanque de paredes adiabáticas contendo
800 litros de água, conforme ilustrado na
figura a seguir.
No experimento de combustão de 4,6 kg
de etanol (C2H6O) são produzidos
dióxido de carbono e água. Sabendo-se
que a entalpia de combustão do etanol é
de –1376 kJ/mol e que a água do tanque
permanece líquida, a variação de
temperatura da água do tanque em graus
Celsius e a massa total dos produtos da
combustão em kg são, respectivamente,
Dados:
cágua = 1,0 cal/gºC
1 cal ≈ 4,0 J
a) 6,9 e 19,0.
b) 43 e 14,2.
c) 43 e 4,6.
d) 172 e 4,6.
e) 172 e 14,2.
Questão 17 - (UNICAMP SP)
Em 2015, estima-se que o câncer será
responsável por uma dezena de milhões
de mortes em todo o mundo, sendo o


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tabagismo a principal causa evitável da
doença. Além das inúmeras substâncias
tóxicas e cancerígenas contidas no
cigarro, a cada tragada, o fumante aspira
fumaça a altas temperaturas, o que leva à
morte células da boca e da garganta,
aumentando ainda mais o risco de
câncer.
a) Para avaliar o efeito nocivo da fumaça, N0 = 9,0
× 104
células humanas foram expostas, em
laboratório, à fumaça de cigarro à temperatura
de 72ºC, valor típico para a fumaça tragada
pelos fumantes. Nos primeiros instantes, o
número de células que permanecem vivas em
função do tempo t é dado por N(t) = N0
, onde τ é o tempo necessário para que 90% das
células morram. O gráfico abaixo mostra como τ
varia com a temperatura θ. Quantas células
morrem por segundo nos instantes iniciais?
b) A cada tragada, o fumante aspira
aproximadamente 35 mililitros de
fumaça. A fumaça possui uma
capacidade calorífica molar C = 32
e um volume molar de 28
litros/mol. Assumindo que a fumaça
entra no corpo humano a 72ºC e sai
a 37ºC, calcule o calor transferido
ao fumante numa tragada.
Questão 18 - (IME RJ)
A água que alimenta um reservatório,
inicialmente vazio, escoa por uma
tubulação de 2 m de comprimento e
seção reta circular. Percebe-se que uma
escala no reservatório registra um
volume de 36 L após 30 min de
operação. Nota-se também que a
temperatura na entrada da tubulação é
25 °C e a temperatura na saída é 57 °C.
A água é aquecida por um dispositivo
que fornece 16,8 kW para cada metro
quadrado da superfície do tubo. Dessa
forma, o diâmetro da tubulação, em mm,
e a velocidade da água no interior do
tubo, em cm/s, valem, respectivamente:
Dados:
• π/4 = 0,8;
• massa específica da água: 1 kg/L; e
• calor específico da água: 4200 J/
kg°C.
a) 2,5 e 40
b) 25 e 4
c) 25 e 40
d) 2,5 e 4
e) 25 e 0,4
Um forno a gás de cozinha é utilizado
para assar um bolo. O forno,
inicialmente à temperatura de 30 ºC, é
pré-aquecido durante 15 minutos até
atingir 180 ºC e, após o bolo ser
colocado para assar, esta temperatura é
mantida por 45 minutos. O forno, que é
construído com diferentes materiais,
possui capacidade térmica média de 600
J/K. A absorção de energia pelo bolo
somada à perda de energia para o
ambiente ocorre a uma taxa de 500 J/s.
Sabe-se que a capacidade energética do
gás é de 120 MJ/m3
. Nessas condições,
calcule a
a) potência total consumida para pré-
aquecer o forno e assar o bolo;
b) quantidade total de gás consumida,
em m3
.
Questão 20 - (UFTM)
Se o leite em um copo está muito quente,
é uma prática comum derramá-lo para
outro copo e deste para o primeiro, em
uma sucessão de movimentos


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semelhantes, que fazem o leite ficar mais
frio, sobretudo devido às trocas de calor
com o ar. Se pudéssemos garantir que
não houvesse trocas de calor com o meio
e com os copos, realizando o mesmo
procedimento com 200 mL de água,
inicialmente a 20,0 ºC, passando de um
copo para outro, distantes verticalmente a
0,5 m, numa sucessão de movimentos tal
qual os realizados com o leite, a
temperatura da água aumentaria para
20,1 ºC, após um número de trocas de um
copo a outro, mais próximo de
Dados: densidade da água = 1 g/mL
aceleração da gravidade = 10
m/s2
calor específico da água = 1
cal/(g.ºC)
1 cal = 4 J
a) 100.
b) 80.
c) 60.
d) 50.
e) 40.
Uma sala de aula de 200 m2
e 3m de
altura acomoda 60 pessoas, que iniciam
as atividades pela manhã a uma
temperatura de 25 ºC. A taxa de
dissipação de calor produzida por um ser
humano adulto sentado é, em média, 120
W. Para que o corpo humano permaneça
à temperatura de 37 ºC é adequado que o
ambiente seja mantido a 25 ºC, assim a
dissipação do calor por irradiação
compensa a produção de calor do corpo.
A capacidade térmica por unidade de
volume do ar é 1300J/m3
ºC.
Considerando o exposto, e tratando a
sala de aula como um sistema
termicamente isolado, calcule:
a) a potência, em watts, do aparelho de
ar-condicionado necessário para
manter a sala a 25 ºC;
b) o intervalo de tempo, em minutos,
para a sala atingir 37 ºC, na ausência
do equipamento de ar-condicionado.
Questão 22 - (UFU MG)
Um grupo de estudantes de uma escola
queria estimar a altura do prédio mais
alto da cidade em que mora. Para isso,
eles dispunham de 100 pequenas esferas
de chumbo de massa 50 g cada, de um
calorímetro, um termômetro, uma régua e
uma máquina fotográfica. Realizaram,
então, dois procedimentos:
Procedimento 1: alguns estudantes
colocaram todas as bolinhas de chumbo
dentro de um saco plástico bem resistente
e largaram o saco plástico, do repouso,
do último andar do prédio. Ao tocar o
solo, o saco plástico contendo as esferas
de chumbo foi rapidamente colocado em
um calorímetro, evitando-se assim perdas
de calor para o meio externo.
Um termômetro, acoplado ao
calorímetro, indicou um aumento da
temperatura média das esferas de chumbo
em 6ºC e, utilizando todos os dados, os
estudantes estimaram a altura do prédio.
Procedimento 2: outro grupo de
estudantes posicionou-se na esquina e
fotografou o abandono do saco plástico
contendo as bolinhas de chumbo,
disparando a máquina fotográfica a cada
segundo após o abandono do saco
plástico.
Utilizando a primeira foto que tiraram (t
= 1s), mediram, com a régua, a posição
do saco plástico em relação ao topo do
prédio e a altura do prédio. A partir
desses dados, os estudantes determinaram
a altura do prédio.
Sabendo que o calor específico do
chumbo é 130 J/(kg ºC) e que a
aceleração da gravidade local é 10 m/s2
,
responda:
a) Qual a altura do prédio obtida pelos
estudantes ao realizarem o
procedimento 1, desprezando-se as


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trocas de calor entre as esferas de
chumbo e as paredes internas do
calorímetro?
b) Qual a altura do prédio obtida pelos
estudantes ao realizarem o
procedimento 2 e obterem 1,5 cm
para a posição do saco plástico em
relação ao topo do prédio e 24 cm
para a altura do prédio na primeira
foto tirada?
Uma caixa d’água C, com capacidade de
100 litros, é alimentada, através do
registro R1, com água fria a 15°C, tendo
uma vazão regulada para manter sempre
constante o nível de água na caixa. Uma
bomba B retira 3 l/min de água da caixa e
os faz passar por um aquecedor elétrico
A (inicialmente desligado). Ao ligar-se o
aquecedor, a água é fornecida, à razão de
2 l/min, através do registro R2 para uso
externo, enquanto o restante da água
aquecida retorna à caixa para não
desperdiçar energia. No momento em que
o aquecedor, que fornece uma potência
constante, começa a funcionar, a água,
que entra nele a 15°C, sai a 25°C. A
partir desse momento, a temperatura da
água na caixa passa então a aumentar,
estabilizando-se depois de algumas horas.
Desprezando perdas térmicas, determine,
após o sistema passar a ter temperaturas
estáveis na caixa e na saída para o
usuário externo:
a) A quantidade de calor Q, em J,
fornecida a cada minuto pelo
aquecedor.
b) A temperatura final T2, em °C, da
água que sai pelo registro R2 para uso
externo.
c) A temperatura final TC, em °C, da
água na caixa.
GABARITO:
1) Gab: B
2) Gab: 03
3) Gab: C
4) Gab: C
5) Gab:
a) E=0,1 J
b) Dose = 2,0 x 104
Gy
6) Gab: C
7) Gab: B
8) Gab: E
9) Gab: C
10) Gab: A
11) Gab: B
12) Gab:
cA/cB = 1/6
13) Gab: D


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14) Gab: C
15) Gab:
a) 6,3 x 104
J
b) 3,3 x 105
J
c) 3,136 x 1019
J
16) Gab: B
17) Gab:
a) M = 3,6 ⋅ 104
células mortas por
segundo
b) Q = 1,4J
18) Gab: B
19) Gab:
a) Portanto, a potência consumida foi
de 400 W.
b) O volume consumido de gás foi de
0,012 m3
ou 1,20 x 10–2
m3
20) Gab: B
21) Gab:
a) 7200 W
b) Δt ≈ 21,7 minutos.
22) Gab:
a) h = 78 m
b) H = 80 m
23) Gab:
a) Q = 1,2 ⋅ 105
J
b) T2 = 30 ºC
c) TC = 20 ºC

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