Termodinâmica - Quantidade de calor, calorimetria e mudanças
de fase
Professor: Eduardo Campos dos Santos
Una
1o semestre - 2014
Exercícios
1. Um dado corpo, composto por uma dada substância, foi submetido a um aquecimento a uma taxa
constante de transferência de calor. Baseando-se no gráfico T × t abaixo e nas tabelas apresentadas
neste documento, responda os itens:
(a) Quais são os valores de temperatura de fusão e de vaporização para essa substância?
(b) O gráfico refere-se a uma substância bastante conhecida. Você consegue identificar qual? Justifique sua resposta.
(c) A inclinação do gráfico durante a fase líquida é menor comparado às inclinações do mesmo relativas
às fases sólida e gasosa. Explique o porquê. Cite valores que corroborem sua explicação.
(d) E como você interpreta o fato de o patamar horizontal no ponto de fusão ter menor extensão do
que aquele no ponto de ebulição? Novamente, cite valores que corroborem sua explicação.
(e) A fórmula Q = mc∆T pode ser aplicada em quais intervalos de tempo representados no gráfico?
(f) E a fórmula Q = ±mL?
2. Qual é a quantidade de calor necessária para elevar em um grau Celsius a temperatura de um grama
de prata? E para fundir essa mesma quantidade de prata?
3. Construa um gráfico de barras representando o calor específico de todas as substâncias que aparecem
na tabela 17.3. Ordene as substâncias no eixo horizontal de modo que o calor específico fique em ordem
crescente da esquerda para a direita. Analise cuidadosamente o gráfico e faça comentários.
4. De modo similar, construa um gráfico de barras representando o calor de fusão e outro representando
o calor de vaporização para as substâncias que aparecem na tabela 17.4. Ordene, analise e comente
como proposto para a questão anterior.
5. Em um dia fresco, o termômetro marca 20o C e uma chaleira de alumínio com massa igual a 1, 50kg e
contendo 1, 80 litros de água é colocada para esquentar em um fogão. Supondo que não haja nenhuma
perda de calor para o ambiente, qual é a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a
temperatura do conjunto da temperatura ambiente até 85o C. Densidade da água: 1kg/l.
6. Para se manter acordado em seus estudos durante uma noite inteira, um estudante prepara uma xícara
de café colocando inicialmente um aquecedor elétrico de 200W em 0, 320kg de água. (a) Qual é o calor
transferido para a água para elevar sua temperatura de 20o C a 80o C? (b) Quanto tempo é necessário?
Suponha que toda a potência do aquecedor seja transformada em calor para aquecer a água.
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7. Você precisa descobrir o calor específico de uma amostra de metal. Você pesa a amostra e descobre
que seu peso é 28, 4N . Você acrescenta, cuidadosamente, 1, 25 × 104 J à amostra e verifica que sua
temperatura aumenta 18o C. Qual é o calor específico da amostra?
8. Perda de calor durante a respiração. Em climas muito frios, um mecanismo importante na perda
de calor pelo corpo humano é a energia gasta para aquecer o ar nos pulmões a cada respiração. (a)
Em um dia inteiro de inverno muito frio, quando a temperatura é −20o C, qual é a quantidade de calor
necessário para aquecer 0, 50 l de ar trocado na respiração até atingir a temperatura do corpo humano
(37o C)? Suponha que o calor específico do ar seja igual a 1020 J/kg · K e que a massa de 1, 0 l de ar
seja 1, 3 × 10−3 kg. (b) Qual é o calor perdido por hora considerando 20 respirações por minuto?
9. Durante uma corrida, um estudante de 70 kg gera uma energia térmica a uma taxa de 1200 W .
Para manter a temperatura do corpo constante e igual a 37 o C, essa energia deve ser removida pela
transpiração ou por outros mecanismos. Caso esses mecanismos falhem e o calor não possa ser removido
do corpo do estudante, durante quanto tempo o estudante poderia correr antes que ocorra um dano
irreversível a seu corpo? (Nota: As estruturas das proteínas no corpo são irreversivelmente danificadas
quando a temperatura do corpo passar de 44o C. O calor específico de um corpo humano típico é igual
a 3480 J/kg · K, ligeiramente menor do que o da água. A diferença é produzida pela presença de
proteínas, gorduras e minerais, que possuem calores específicos menores.)
10. Em um dia de muito calor no Rio de Janeiro, o termômetro marca 40o C no sol. Um banhista, na
praia, deseja esfriar 250ml de limonada (constituída em sua maior parte, por água), inicialmente à
temperatura ambiente. Para isso, ele adiciona gelo a −20o C. Sabendo que todo o gelo se funde e que
o calor específico do recipiente pode ser desprezado, qual quantidade de gelo ele deve usar para que a
temperatura final de sua bebida, após a fusão de todo o gelo, seja igual a 10o C? A quantos cubos de
gelo equivale aproximadamente essa quantidade de gelo supondo que cada cubo tenha cerca de 25 g?
Considere a densidade da limonada aproximadamente igual à da água (1 kg/l) e que nenhuma parte
da bebida irá evaporar-se. Dica: estude o Exemplo 17.9 (pg. 197 do livro-texto), refaça os cálculos do
exemplo e compare com seus cálculos para este exercício.
11. Consulte as informações contidas nas embalagens de cinco alimentos onde sejam informadas a quantidade de caloria e o peso líquido (em gramas, quilogramas etc.). Cada caloria nesse caso deve equivaler
a cerca uma quilocaloria conforme definida na física. Esta, por sua vez, equivale a aproximadamente
4186 J. Converta esses valores para joules. Como podemos interpretar esses valores? O que eles
representam?
12. Quantas calorias um litro de água a 30o C deve receber para que sua temperatura passe a 70o C? Qual
é a massa de água contida no recipiente? Desconsidere o calor necessário para aquecer o recipiente que
contém a água.
13. Um corpo de massa igual a 10 kg recebeu 20 kcal e sua temperatura passou de 50o C para 100o C. Qual
o calor específico desse corpo?
14. Determine a quantidade de calor que deve ser retirado de 50 g de vapor de água a 100o C para que se
transformem em água líquida a 100o C.
15. Colocam-se 800 g de ferro a 90o C em um recipiente contendo 600 g de água a 18o C. Desprezando-se
o calor absorvido pelo recipiente, calcule a temperatura do equilíbrio térmico.
16. (UFRGS-RS) O consumo energético diário típico de uma pessoa totaliza 2000 kcal. (a) Quantos joules
correspondem a essa quantidade? (b) Calcule a potência de uma pessoa em watts, admitindo que essa
energia seja dissipada a uma taxa constante durante um dia.
17. Uma placa de alumínio com massa 400 g está a uma temperatura de 80o C. Determine a temperatura
da placa quando dela se retiram 1600 cal.
18. (FGV-SP) Uma pessoa bebe meio litro de água a 10o C a 10o C. Admitindo que a temperatura dessa
pessoa é de 36, 6o C, responda: (a) Qual é a energia, em joules, que essa pessoa transfere para a água?
(b) Caso a energia absorvida pela água fosse totalmente utilizada para acender uma lâmpada de 100 W ,
durante quanto tempo ela permaneceria acessa (Mais de 8 seg? Mais 8 min? Mais de 8 horas?)?
19. Um bloco de gelo com massa 600 g encontra-se a −10o C. Determine a quantidade de calor necessário
para transformar esse bloco de gelo em água a 30o C.
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20. (Unitau-SP) Uma fonte de calor consegue elevar a temperatura de 300 g de água de 19o C para 25o C,
em 20 segundos. Quanto tempo levará essa fonte para aquecer 1000 g de álcool de 27o C a 36o C?
21. O gráfico representa a variação de temperatura de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser
aquecido por uma fonte que libera energia a uma potência constante de 150 cal/min. Sabendo que a
massa do corpo é de 100 g, calcule seu calor específico.
22. (UF-Pelotas) O gráfico representa as quantidades de calor sensível recebidas por dois corpos, A e B, em
função das temperaturas por eles atingidas. (a) Calcule a capacidade térmica de cada um dos corpos.
(b) Esses corpos podem ser constituídos do mesmo material? Justifique sua resposta.
23. O gráfico mostra a temperatura de 20 g de um líquido, inicialmente a 0o C, em função do calor por ele
absorvido. Sabe-se que o calor específico do líquido é de 0, 6 cal/g · o C e o calor específico na fase gasosa
é 1, 5 cal/g · o C. Pede-se: (a) a quantidade de calor Q necessária para o líquido atingir a temperatura
de ebulição; (b) o calor latente de vaporização e; (c) a temperatura T correspondente a 4160 cal.
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