CALORIMETRIA V

LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE CALORIMETRIA V

MUDANÇA DE FASE

Exercícios básicos

Ex 1: No interior de uma cavidade existente num grande bloco de gelo, à temperatura de
0 °C, é colocada uma pequena esfera de ferro de massa 100 g à temperatura de
40 °C. Desprezadas as perdas de calor para o ambiente, determine a quantidade de água que se forma na cavidade quando se estabelece o equilíbrio térmico. O calor específico do ferro é 0,113 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g.

Ex 2: Uma esfera de cobre de massa 270 g e à temperatura de 200 ºC é colocada num recipiente contendo água em ebulição a 100 ºC. Atingido o equilíbrio térmico, observa-se que ainda existe água no recipiente. Qual é a massa de água que vaporizou?
Dados:
calor específico do cobre 0,094 cal/g.ºC
calor latente de vaporização da água 540 cal/g.

x
Ex 3: Quantos bloquinhos de gelo, cada um de massa 10 g à temperatura
de 0 ºC, devem ser colocados em 240 g de água a 60 ºC, para que a temperatura final de equilíbrio, desprezadas as perdas, seja de 40 ºC?
Dados:
calor específico da água 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo 80 cal/g.


Ex 4: Qual é a quantidade de calor necessária para transformar 50 g de gelo a -20 ºC em vapor de água a 110 ºC?
São dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor específico do vapor de água: 0,45 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de vaporização da água: 540 cal/g

Faça, a seguir, o gráfico da temperatura θ em função da quantidade de calor Q, 
representando todas as etapas do processo (curva de aquecimento).

Ex 5: Num calorímetro de capacidade térmica desprezível são misturados uma massa m de gelo a -20 ºC com 90 g de água a 20 ºC. Determine, em cada caso abaixo, o valor de m para que no equilíbrio térmico tenha somente:

a) água a 0 ºC
b) gelo a 0 ºC
c) água a 10 ºC
d) gelo a -10 ºC

Dados:
calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
calor latente de solidificação da água: -80 cal/g

Despreze as perdas de calor para o meio exterior.

Exercícios de revisão

Ex 1: (UNIFESP) O gráfico representa o processo de aquecimento e mudança de fase de um corpo inicialmente na fase sólida, de massa igual a 100 g.

Sendo Q a quantidade de calor absorvida pelo corpo, em calorias, e T a temperatura do corpo, em graus Celsius, determine:

a) o calor específico do corpo em cal/(g.ºC), na fase sólida e na fase líquida.
b) a temperatura de fusão, em ºC, e o calor latente de fusão, em calorias, do corpo.

Ex 2: (Fuvest-SP) Determinada massa de uma substância, inicialmente no estado sólido, encontra-se num recipiente. Um elemento aquecedor, que lhe fornece uma potência constante, é ligado no instante t = 0 e desligado num certo instante. O gráfico indica a temperatura θ da substância em função do tempo.

a) Em que instante o aquecedor foi desligado e em que intervalo de tempo a substância está totalmente sólida?
b) Descreva que fenômeno físico está ocorrendo no trecho BC e que fenômeno físico está ocorrendo no trecho EF.

Ex 3: (Mackenzie) Uma das características meteorológicas da cidade de São Paulo é a grande diferença de temperatura registrada em um mesmo instante em diversos pontos do município. Segundo dados do Instituto Nacional de Meteorologia, a menor temperatura registrada nessa cidade foi -2 ºC, no dia 2 de agosto de 1955, embora haja algumas indicações, não oficiais, de que, no dia 24 de agosto de 1898, registrou-se a temperatura de -4 ºC. Em contrapartida, a maior temperatura teria sido 37 ºC, medida em 20 de janeiro de 1999. Considerando-se 100 g de água sob pressão atmosférica normal, inicialmente a -4 ºC, para chegar a 37 ºC, a quantidade de Energia Térmica que esta massa deverá receber é:

a) 11,3 kcal
b) 11,5 kcal
c) 11,7 kcal
d) 11,9 kcal
e) 12,1 kcal

Dados: água_f 
calor latente de fusão (L_f) => 80 cal/g
calor específico no estado sólido (c) => 0,50 cal/(g.ºC)_f 
calor específico no estado líquido (c) => 1,0 cal/(g.ºC)

Ex 4: (UFT-Tocantins) Considere que os calores específicos do gelo e da água são constantes e valem 2,05.10³ J/(kg.K) e 4,18.10³ J/(kg.K) respectivamente. O calor latente de fusão e o calor latente de vaporização da água são 333,5.10³ J/kg e 2257.10³ J/kg respectivamente.³Baseado nestas informações, pode-se dizer que o valor que melhor representa a³quantidade mínima de calor necessária para transformar 10 g de gelo a 0 ºC, sujeito a³uma pressão de 1 atm, em vapor, é de:

(A) 22,57.10³ J
(B) 52,07.10³ J
(C) 42,18.10³ J
(D) 30,09.10³ J
(E) 35,05.10³ J

Ex 5: (UFAC) Em geral, a temperatura do corpo humano é constante e igual a 37 ºC. A hipotermia é caracterizada pela redução da temperatura padrão de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado da hipotermia, em determinadas cirurgias cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui o consumo de oxigênio do cérebro e do coração, bem como reduz a chance de danos ocasionados pela falta de circulação do sangue. Suponha que um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a uma cirurgia do coração. 
A temperatura inicial de seu corpo é 37 ºC e pretende-se diminuí-la para 30 ºC. Considere o calor específico do corpo humano igual a 1,0 cal/g.ºC e o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30 ºC é:

a) 10 g
b) 4,25 g
c) 4,25 kg
d) 5,25 g
e) 5,25 kg

CALORIMETRIA II

LISTA DE EXERCÍCIOS SOBRE CALORIMETRIA II

TROCA DE CALOR

Exercícios básicos

Ex 1: Num recipiente de capacidade térmica 200 cal/ºC, coloca-se 500 g de água a
20 ºC e a seguir um bloco de cobre de massa 1000 g a 100 ºC. Calcule a temperatura final de equilíbrio térmico. Admita trocas de calor apenas entre o recipiente, a água e o cobre.

Dados:
calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC
calor específico do cobre: 0,094 cal/g.ºC

Ex 2: Num calorímetro de capacidade térmica 20 cal/ºC e a 20 ºC, colocam-se 40 g de água a 80 ºC. Sendo 1,0 cal/g.ºC o calor específico da água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico.

Ex 3: Misturam-se massas diferentes (m₁ e m₂) de uma mesma substância, em temperaturas diferentes (θ₁ e θ₂). Prove que a temperatura final θ de equilíbrio é dada por:

Ex 4: Misturam-se massas iguais (m₁ = m₂) de uma mesma substância, em temperaturas diferentes (θ₁ e θ₂). Prove que a temperatura final θ de equilíbrio é dada por:

Ex 5: Um calorímetro contém 100 g de água, estando o conjunto à temperatura ambiente de 25 ºC. Coloca-se no calorímetro mais 100 g de água a 45 ºC. Estabelecido o equilíbrio térmico, é atingida a temperatura final de 30 ºC. Qual é a capacidade térmica do calorímetro? É dado o calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC

Exercícios de revisão

Ex 1: (UFPE) Uma bebida refrescante pode ser obtida pela mistura de chá quente com água gelada. Qual a temperatura final (em °C) de uma mistura preparada a partir de 100 g de chá a 80 °C com 400 g de água a 5,0 °C? Considere o calor específico do chá igual ao da água (1,0 cal/g.°C).
 
a)  12          b)  14          c)  16          d)  18          e)  20


Ex 2: (Unifor–CE) Deseja-se obter água morna a 36 °C, misturando-se certa massa m_Q de água quente a 64°C com a massa m_F  de água fria a 12 °C.
Desprezando-se trocas de calor com o recipiente e com o ar, a razão m_Q/m_F vale:
 
a) 2/3             b) 3/4             c) 4/5            d) 5/6            e) 6/7


Ex 3: (UEFS) O calorímetro é um aparelho utilizado em laboratórios para determinação do calor específico das substâncias. Um estudante em um laboratório didático utilizou um calorímetro ideal para misturar 200,0 g de um líquido de calor específico 0,79 cal/g.ºC a 35 ºC, com uma amostra de metal desconhecido de massa 300,0 g, a 150 ºC.
Considerando-se que a temperatura de equilíbrio térmico foi de 40 ºC o calor específico da substância, em cal/g.ºC, é, aproximadamente, igual a

A) 0,02
B) 0,05
C) 0,8
D) 1,0
E) 1,5


Ex 4: (Mackenzie–SP) Um estudante no laboratório de física, por descuido, colocou 200 g de água líquida (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 0xºC, que esse aluno deverá adicionar no calorímetro, para que a temperatura de equilíbrio volte a ser 20 ºC, é

a) 900 g                 b) 800 g)                 c) 700 g
d) 600 g                 e) 500 g


Ex 5: (FGV) Em um recipiente adiabático, contendo 2,0L de água (densidade = 1g/cm³, calor específico = 1 cal/(g.ºC)), há uma barra metálica imersa, de capacidade térmica 1000 cal/ºC, que mede inicialmente 40,00 cm. O sistema recebe 150 kcal de uma fonte de calor e, ao fim do processo, a barra acusa uma dilatação linear de 0,01 cm. 

O coeficiente de dilatação linear da barra vale, em 10^-6 . ºC^-1,
 
a) 1,0.               b) 2,0.               c) 3,0.               d) 4,0.               e) 5,0.