VOLUME 3 | FÍSICA 1
Resoluções de Atividades
Sumário
Aula 11 – Calorimetria e mudanças de fase – Revisão........................................1
Aula 11
Calorimetria e mudanças de
fase – Revisão
Atividades para Sala
01 c
As quantidades de calor sensível liberadas por cada uma
das bolas são transferidas para os blocos de gelo. Como
o ferro tem maior condutividade térmica que a madeira,
ele transfere calor mais rapidamente, sofrendo um resfriamento mais rápido. A quantidade de calor sensível de
cada esfera é igual, em módulo, à quantidade de calor
latente absorvida por cada bloco de gelo.
Q bola = Q gelo ⇒ mc ∆T = mgelo Lgelo ⇒ mgelo =
mc∆T
Lgelo
Como as massas das bolas são iguais e as variações de
temperatura também, a massa de gelo fundida em cada
caso é diretamente proporcional ao calor específico do
material que constitui a bola. Assim, analisando a expressão, vemos que funde menor quantidade de gelo a bola
de material de menor calor específico, no caso, a de metal.
02 B
Puxar o êmbolo faz com que a pressão interna da seringa
– sobre a água – diminua. É fato conhecido que uma diminuição na pressão provoca uma diminuição na temperatura de ebulição.
05 C
Chamemos a massa – desconhecida – que solidifica de
m. Assim, o restante da massa – que não solidifica – será
(100 – m) gramas, visto que a massa total de líquido é
100g. Essa massa que não solidifica é resfriada até 0°C:
Q = (100 – m) · 1 · [0 – (–10)] = 1000 – 10m.
A massa que solidifica é também resfriada até 0°C
(temperatura em que se estabelece o equilíbrio térmico – “até que o equilíbrio térmico seja atingido à
temperatura de solidificação para a respectiva pressão de 1atm”):
Q = m · (–80) + m · 1 · [0 – (–10)] = – 70m.
Daí, 1000 – 10m – 70m = 0. Portanto, m = 12,5g.
Atividades Propostas
01 C
03 A
I. (V) O vapor-d'água se condensa na parede do copo
devido à temperatura da parede do copo ser menor
que a temperatura do orvalho.
II.
(V) Devido à menor temperatura ambiente é que podemos ver a “névoa”, resultante da condensação do vapor
quente liberado pela chaleira.
III.
(V) A porta do freezer fica grudada logo depois de
fechada por sua pressão interna ficar inferior à pressão
do ar ambiente.
04 v, v, v, v
(V)Dependendo do fim para o qual se destina um determi
nado material, podemos escolhê-lo conforme o valor de
seu calor específico ou de seu calor latente. Este último
corresponde à quantidade de calor, por unidade de
massa, necessária para haver uma certa mudança de fase.
(V)No caso da fusão, a maioria das substâncias aumenta
de volume, então um aumento de pressão dificulta a
mudança de fase, aumentando a temperatura de fusão.
Há, porém, exceções, como a água e o ferro, que se
contraem na fusão, portanto um acréscimo de pressão
diminui a temperatura de fusão.
(V)A vaporização é um processo endotérmico e a condensação, exotérmico.
(V)Com o aumento de temperatura, a energia cinética
média das moléculas aumenta, e assim, mais moléculas conseguem se transformar em vapor, aumentando
a velocidade de evaporação.
Parte I – Calor sensível para o aquecimento inicial da
massa de água:
Q = m . c . ∆ T = 1000g . 1ca l · g –1 · o C –1 .
( 120 – 25) o C = 95.000 cal.
Parte II – Calor latente para vaporização total da
massa de água:
Q = m · L = 1000g · 526 cal · g–1 = 526.000 cal.
Parte III – Quantidade total de calor absorvido no processo:
Q = 526kcal + 95kcal = 621kcal.
02 A
(V)Desde que a pressão no local seja menor do que 1atm.
(V)Esse é exatamente o mecanismo de evaporação do
líquido e de resfriamento da pele.
(F)A pressão externa determina a facilidade ou a dificuldade de liberação de moléculas do líquido para o
ambiente. Assim, uma maior pressão dificulta a evaporação e vice-versa. Em outras palavras, a velocidade de
evaporação depende sim da pressão externa.
Pré-Universitário | 1
VOLUME 3 | FÍSICA 1
03 C
Aplicando a definição de intensidade, teremos nesse caso:
22 x 10 6
m.c.∆T
= 0, 4.
⇒
24.3600
∆t.A
3
6
200 x 4 x 10 x ( 50 − 10 )
22 x 10
= 0, 4.
⇒ A ≈ 11m2
8.3600.A
24.3600
I útil = 40% . Itotal ⇒
04 C
A pressão interna da panela de pressão torna-se maior
que a pressão atmosférica, fazendo com que a temperatura de ebulição seja maior do que numa panela aberta,
onde a pressão interna é igual à pressão atmosférica.
05 B
O aumento de 64g no bloco de gelo só pode ser resultado
do congelamento de 64g dos 2,5kg de água a 5oC iniciais.
Assim, temos essa massa total de água sendo resfriada de
5oC a 0oC e 64g dessa massa sendo solidificada. O calor
perdido nesse processo é recebido pelo bloco de gelo e
serve para aquecê-lo de sua temperatura inicial (desconhecida) até 0oC – temperatura final de equilíbrio, pelo
contexto mostrado. Assim:
Qresfriamento da massa total de água + Qsolidificação de parte da massa de água + Qaquecimento do gelo
temperatura – durante o aquecimento – e depois um
patamar – porque a temperatura fica constante durante
a fusão.
Observando essas duas alternativas, podemos notar
que em ambas o tempo de aquecimento é o mesmo,
10s. O diferencial vem do tempo para a fusão completa
– 10s na alternativa C e 20s na alternativa D. Assim, é
a determinação do tempo para a fusão completa que
decide a resposta.
Sendo Q = m · L o cálculo da quantidade de calor a ser
absorvida para a fusão completa do bloco de chumbo,
temos m = 1kg = 1000g e L = 6cal · g–1. Daí, Q = 6000cal.
Do gráfico mostrado na questão, vemos que a fonte
térmica – “de potência constante” – consegue gerar
4500 calorias de calor em 15 segundos, ou seja, sua
potência é de 30 cal · s –1. Das duas informações –
quantidade de calor absorvida pelo chumbo e potência da fonte térmica – conclui-se que o tempo para a
fusão completa é 20s.
09 E
=0
Sendo Qresfriamento da massa total de água = 2,5kg · 1cal · g–1 · oC–1 ·
(0 – 5) oC = 2500g · 1cal · g–1 · oC–1 · (–5oC) = – 12500cal;
Qsolidificação de parte da massa de água = 64g · (–80cal · g–1) = – 5120cal;
Qaquecimento do gelo = 725g · 0,5cal · g–1 · oC–1 · (0 – T) oC = –362,5T.
Daí, – 12500 – 5120 – 362,5T = 0. Finalmente, T = –48,6oC.
06 B
A energia cinética do projétil vale m · (300)2 / 2 = 4,5 x 104m,
com a massa em kg e a velocidade em m/s. O texto afirma
que “...devido ao impacto, 1/3 da energia cinética é absorvida pelo corpo e o restante transforma-se em calor...”. O
restante de 1/3 é 2/3. Assim, a quantidade de calor gerada
é 2/3 · 4,5 x 104m.
Esse calor aquece o projétil de 0oC até 300oC e funde parte
de sua massa. Corrigindo as unidades do calor específico
(0,02cal/g · oC = 0,02 · 4J/10–3 kg · oC = 80J · kg–1 · oC–1) e do calor
latente de fusão (6cal/g = 6 · 4J/10–3kg = 24000J · kg–1), podemos calcular as quantidades de calor do aquecimento e da
fusão: m · 80 · (300 – 0) + x · m · 24000 = 24000m + 24000m · x
(x é a fração da massa total – m – que se funde).
Conclusão: 2/3 · 4,5 · 104m = 24000m + 24000m . x.
Daí, x = 0,25.
07 A
A capacidade do ar em reter vapor d’água diminui com
a diminuição da temperatura. A temperatura do ar junto
à superfície da garrafa diminui e o vapor d’água se condensa. Por isso, no aparelho condicionador de ar, há uma
mangueira para escoar a água resultante da condensação
do vapor devido ao resfriamento do ar ambiente.
08 D
Se “O bloco de chumbo é aquecido até que ocorra sua
fusão...”, já fica claro que a resposta correta está entre as
alternativas C e D, que mostram inicialmente o aumento da
2 | Pré-Universitário
Se a substância for expandida isotermicamente, a pressão
cairá e haverá uma passagem do estado líquido (B) para o
de vapor, ou seja, uma vaporização.
10 B
O ponto A corresponde ao estado sólido e o B ao líquido.
Logo, a mudança de A para B é uma fusão.