HidrostáticaeCalorimetria
PROF.BENFICA
[email protected]
www.marcosbenfica.com
LISTA2
Temperatura/Dilatação/Calorimetria
1) Um estudante, no laboratório, deveria aquecer uma certa quantidade de água desde 25 °C até 70 °C.
Depois de iniciada a experiência ele quebrou o termômetro de escala Celsius e teve de continuá-la com
outro de escala Fahrenheit. Em que posição do novo termômetro ele deve ter parado o aquecimento?
2) Com o objetivo de recalibrar um velho termômetro com a escala totalmente apagada, um estudante o
coloca em equilíbrio térmico, primeiro, com gelo fundente e, depois, com água em ebulição sob pressão
atmosférica normal. Em cada caso, ele anota a altura atingida pela coluna de mercúrio: 10,0 cm e 30,0
cm, respectivamente, medida sempre a partir do centro do bulbo. A seguir, ele espera que o termômetro
entre em equilíbrio térmico com o laboratório e verifica que, nesta situação, a altura da coluna de
mercúrio é de 18,0 cm. Qual a temperatura do laboratório na escala Celsius deste termômetro?
3) Uma escala de temperatura arbitrária X está relacionada com a escala Celsius, conforme o gráfico a
seguir.
Quais as temperaturas de fusão do gelo e ebulição da água, sob pressão normal, na escala X?
4) Um pesquisador verifica que uma certa temperatura obtida na escala Kelvin é igual ao
1
correspondente valor na escala Fahrenheit acrescido de 145 unidades. Quanto vale esta temperatura na
escala Celsius?
5) Um turista brasileiro sente-se mal durante a viagem e é levado inconsciente a um hospital. Após
recuperar os sentidos, sem saber em que local estava, é informado que a temperatura de seu corpo
atingira 104 graus, mas que já "caíra" de 5,4 graus. Passado o susto, percebeu que a escala
termométrica utilizada era a Fahrenheit. Desta forma, na escala Celsius, a queda de temperatura de seu
corpo foi de quanto?
6) Considere o diagrama a seguir, que representa a relação entre duas escalas termométricas
arbitrárias.
a) Sabendo-se que a escala Tb é a escala Celsius, qual é a temperatura de congelamento da água na
escala Ta?
b) Qual a relação termométrica existente entre as duas escalas?
c) Qual o valor da temperatura do corpo humano na escala Ta?
d) Qual a temperatura de ebulição da água, ao nível do mar, na escala Ta?
e) Qual a temperatura que possui a mesma leitura nas duas escalas?
7) Um termômetro está graduado numa escala X tal que 60 °X corresponde a 100 °C e - 40 °X
corresponde a 0 °C. Uma temperatura de 60 °C corresponde a que temperatura lida no termômetro de
escala X?
8) Relativamente à temperatura - 300°C (trezentos graus Celsius negativos), pode-se afirmar que a
mesma é:
a) uma temperatura inatingível em quaisquer condições e em qualquer ponto do Universo.
b) a temperatura de vaporização do hidrogênio sob pressão normal, pois, abaixo dela, este elemento se
encontra no estado líquido.
c) a temperatura mais baixa conseguida até hoje em laboratório.
d) a temperatura média de inverno nas regiões mais frias da Terra.
e) a menor temperatura que um corpo pode atingir quando o mesmo está sujeito a uma pressão de 273
atm.
9) Um cientista russo cria uma nova escala de temperatura e dá a ela nome de seu filho Yuri. Nesta
escala, a temperatura de fusão do gelo vale -20°Y e a temperatura de ebulição da água vale 120°Y.
Utilizando um termômetro graduado nesta escala para medir a temperatura corporal de seu filho, o
cientista encontra o valor de 36°Y. Pode-se afirmar:
a) O garoto tem febre pois possui temperatura de 40°C .
b) O garoto tem hipotermia, pois possui temperatura de 32°C .
c) O garoto possui temperatura normal, de aproximadamente 36°C .
d) A temperatura de 36°Y é impossível, pois é menor do que o zero absoluto.
e) A medida está errada, pois a temperatura de 36°Y seria correspondente a 90°C.
10) Uma bobina contendo 2000 m de fio de cobre medido num dia em que a temperatura era de 35 °C,
foi utilizada e o fio medido de novo a 10 °C. Esta nova medição indicou qual valor?
2
11) O comprimento l de uma barra de latão varia, em função da temperatura, segundo o gráfico a seguir.
Determine o coeficiente de dilatação linear do latão, no intervalo de 0 °C a 100 °C.
12) Um recipiente de vidro de capacidade 2,0.102 cm3 está completamente cheio de mercúrio, a 0°C. Os
coeficientes de dilatação volumétrica do vidro e do mercúrio são, respectivamente, 4,0.10-5 C°-1 e 1,8.104
C°-1. Aquecendo o conjunto a 100°C, qual o volume de mercúrio que extravasa?
13) A figura a seguir representa uma lâmina bimetálica. O coeficiente de dilatação linear do metal A é a
metade do coeficiente de dilatação linear do metal B. À temperatura ambiente, a lâmina está na vertical.
Se a temperatura for aumentada em 200 °C, a lâmina:
a) continuará na vertical.
b) curvará para a frente.
c) curvará para trás.
d) curvará para a direita.
e) curvará para a esquerda.
14) Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0 km. Considerando
os efeitos de contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de - 40 °F a 110 °F e que o
coeficiente de dilatação linear do metal é de 12 × 10-6 °C-1, qual a máxima variação esperada no
comprimento da ponte? (O coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de temperatura
considerado).
15) Ao ser submetida a um aquecimento uniforme, uma haste metálica que se encontrava inicialmente a
0 °C sofre uma dilatação linear de 0,1% em relação ao seu comprimento inicial. Se considerássemos o
aquecimento de um bloco constituído do mesmo material da haste, ao sofrer a mesma variação de
temperatura a partir de 0 °C, qual a dilatação volumétrica do bloco em relação ao seu volume inicial, em
percentual?
16) Uma barra metálica, ao variar sua temperatura de 80 °C, aumenta seu comprimento de 0,16%. Qual
o coeficiente de dilatação volumétrico do material dessa barra?
3
17) Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de
alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente.
Podemos afirmar que:
a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá contrair-se.
b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui.
c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício.
d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino.
e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera.
18) Uma chapa de alumínio (α = 2,2 . 10-5 °C-1), inicialmente a 20 °C, é utilizada numa tarefa doméstica
no interior de um forno aquecido a 270 °C. Após o equilíbrio térmico, sua dilatação superficial, em
relação à área inicial, foi de:
a) 0,55%
b) 1,1%
c) 1,65%
d) 2,2%
e) 4,4%
19) O gráfico a seguir representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de
tamanho inicial igual a 1 000 m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de
dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6/°C?
20) Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,000 m a uma temperatura de 10,0 °C e
comprimento igual a 10,006 m a uma temperatura de 40 °C. Qual é o coeficiente de dilatação linear do
metal?
21) O tanque de gasolina de um automóvel, de capacidade 60 litros, possui um reservatório auxiliar de
retorno com volume de 0,48 litros, que permanece vazio quando o tanque está completamente cheio.
Um motorista enche o tanque quando a temperatura era de 20°C e deixa o automóvel exposto ao sol.
Qual a temperatura máxima que o combustível pode alcançar, desprezando-se a dilatação do tanque?
γ (gasolina) = 2,0 x 10-4 °C-1
22) O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (Aℓ) é, aproximadamente, duas vezes o coeficiente
de dilatação térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses metais
envolve um disco feito do outro. Á temperatura ambiente, os discos estão presos aos anéis.
Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar que:
4
a) apenas o disco de Aℓ se soltará do anel de Fe.
b) apenas o disco de Fe se soltará do anel de Aℓ.
c) os dois discos se soltarão dos respectivos anéis.
d) os discos não se soltarão dos anéis.
23) Um termômetro especial, de líquido dentro de um recipiente de vidro, é constituído de um bulbo de
1cm3 e um tubo com secção transversal de 1mm2. À temperatura de 20 °C, o líquido preenche
completamente o bulbo até a base do tubo. À temperatura de 50 °C o líquido preenche o tubo até uma
altura de 12mm. Considere desprezíveis os efeitos da dilatação do vidro e da pressão do gás acima da
coluna do líquido. Qual o valor do coeficiente de dilatação volumétrica médio do líquido?
24) A figura a seguir representa o comprimento de uma barra metálica em função de sua temperatura.
Qual o coeficiente de dilatação linear do metal constituinte da barra?
25) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa.
Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os
efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques
NÃO fossem subterrâneos:
I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais
massa por litro de combustível.
II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível
para cada litro.
III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação
da gasolina estaria resolvido.
Destas considerações, somente
a) I é correta.
b) II é correta
c) III é correta
d) I e II são corretas.
e) II e III são corretas.
5
26) Na figura adiante, estão representadas três chapas bimetálicas idênticas, formadas pela sólida
junção de uma chapa de aço e de uma chapa de cobre, conforme indicado. Suas temperaturas são,
respectivamente, t1, t2 e t3. Sabe-se que os coeficientes de dilatação linear para esses materiais são:
para o aço, α = 11 × 10-6 °C-1;
para o cobre, α = 17 × 10-6 °C-1;
Assinale a alternativa que contém valores de t1, t2 e t3, NESSA ORDEM, compatíveis com a figura:
a) 20°C; 50°C; -10°C
b) 20°C; -10°C; 50°C
c) -10°C; 20°C; 50°C
d) 50°C; -10°C; 20°C
e) 50°C; 20°C; -10°C
27) Pela manhã, com temperatura de 10°C, João encheu completamente o tanque de seu carro com
gasolina e pagou R$33,00. Logo após o abastecimento deixou o carro no mesmo local, só voltando para
buscá-lo mais tarde, quando a temperatura atingiu a marca de 30°C. Sabendo-se que o combustível
extravasou, que o tanque dilatou e que a gasolina custou R$1,10 o litro, quanto João perdeu em
dinheiro?
Dado: Coeficiente de dilatação térmica da gasolina igual a 1,1×10-3°C-1.
28) Uma forma de gelo com água a 25 °C é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O
freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a −18 °C. 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)
6
c)
d)
e)
29) O gráfico a seguir representa a temperatura de uma amostra de massa 20 g de determinada
substância, inicialmente no estado sólido, em função da quantidade de calor que ela absorve.
Com base nessas informações, marque a alternativa correta.
a) O calor latente de fusão da substância é igual a 30 cal/g.
b) O calor específico na fase sólida é maior do que o calor específico da fase líquida.
c) A temperatura de fusão da substância é de 300°C.
d) O calor específico na fase líquida da substância vale 1,0 cal/g.ºC.
30) Com o objetivo de economizar energia, um morador instalou no telhado de sua residência um coletor
solar com capacidade de 1,2 x 108 cal/dia. Toda essa energia foi utilizada para aquecer 2,0 x 103 L de
água armazenada em um reservatório termicamente isolado. De acordo com estes dados, qual a
variação da temperatura da água (em graus Celsius) ao final de um dia?
Dados:
Calor específico da água ca = 1,0 cal/g °C
Densidade da água da = 1,0 g/cm3
31) Em uma experiência de Termologia, analisou-se a variação da temperatura, medida em graus
Celsius, de 100 g de uma substância, em função da quantidade de calor fornecido, medida em calorias.
Durante o experimento, observou-se que, em uma determinada etapa do processo, a substância
7
analisada apresentou mudança de fase sólida para líquida. Para visualizar o experimento, os dados
obtidos foram apresentados em um gráfico da temperatura da substância como função da quantidade de
calor fornecido.
Determine:
a) O calor específico da substância na fase líquida e seu calor latente específico de fusão.
b) Após a substância atingir a temperatura de 80 ºC, cessou-se o fornecimento de calor e adicionou-se à
ela 50 g de gelo a 0 ºC. Supondo que a troca de calor ocorra apenas entre o gelo e a substância,
determine a massa de água, fase líquida, em equilíbrio térmico.
Dados:
Calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g
Calor específico da água: c = 1,0 cal/(g.ºC)
32) Um cubo de gelo de massa 100 g e temperatura inicial -10 ºC é colocado no interior de um microondas. Após 5 minutos de funcionamento, restava apenas vapor d' água. Considerando que toda a
energia foi totalmente absorvida pela massa de gelo (desconsidere qualquer tipo de perda) e que o
fornecimento de energia foi constante, determine a potência utilizada, em W.
33) Uma barra de alumínio de 400 g recebe 4 400 cal de uma fonte de calor. Sabendo que a
temperatura inicial do bloco é 20°C e que o calor específico do alumínio é 0,22 cal/g ·°C, qual a
temperatura final da barra, em graus Celsius?
34) Uma montanhista utiliza em suas escaladas uma caneca com massa igual a 100 g e feita de um
material com calor específico de 910 J/(kg.ºC). Num certo momento, ela coloca 200 g de chá à
temperatura inicial de 80 ºC em sua caneca, que se encontra à temperatura ambiente de 10 ºC.
Despreze a troca de calor com o ambiente e considere que o calor específico do chá é igual ao da água,
isto é, 1,0 cal/(g.ºC). Determine a temperatura do chá após o sistema ter atingido o equilíbrio térmico.
35) Um hotel necessita aquecer, de 25 ºC a 75 ºC, 100 litros de água, em 24 horas, utilizando um
sistema de aquecimento solar. Sabendo que a radiação solar média por unidade de área é de 650 W/m2,
durante 8 horas por dia, e que a eficiência do coletor é de 20%, calcule qual a área do coletor solar
necessária para aquecer essa quantidade de água.
36) A primeira coisa que o vendedor de churros providencia é o aquecimento dos 4 litros de óleo de
fritura que cabem em sua fritadeira. A partir de 20 ºC, levam-se 12 minutos para que a temperatura do
óleo chegue a 200 ºC, aquecimento obtido por um único queimador (boca de fogão), de fluxo constante,
instalado em seu carrinho. Admitindo que 80% do calor proveniente do queimador seja efetivamente
utilizado no aquecimento do óleo, determine o fluxo de energia térmica proveniente desse pequeno
fogão, em kcal/h.
Dados: densidade do óleo = 0,9 kg/L; calor específico do óleo = 0,5 cal/(g.ºC)
37) Uma sala de aula de 200 m2 e 3 m 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, de 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 1300 J/m3 ºC.
Considerando o exposto, e tratando a sala de aula como um sistema termicamente isolado, calcule:
8
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 arcondicionado.
38) Um estudante precisa de três litros de água a temperatura de 37 ºC. Ele já dispõe de dois litros de
água a 17 ºC. A que temperatura, em ºC, ele deve aquecer o litro de água a ser misturado com o volume
já disponível? Considere a existência de trocas térmicas apenas entre os volumes de água na mistura.
39) Para elevar a temperatura de 200 g de uma certa substância, de calor específico igual a 0,6 cal/g.ºC,
de 20°C para 50°C, será necessário fornecer-lhe qual quantidade de energia?
40) Uma amostra de determinada substância com massa 30 g encontra-se inicialmente no estado
liquido, a 60°C. Está representada pelo gráfico abaixo a temperatura dessa substância em função da
quantidade de calor por ela cedida. Analisando esse gráfico, é correto afirmar que
a) a temperatura de solidificação da substância é 10°C.
b) o calor específico latente de solidificação é –1,0 cal/g.
c) o calor específico sensível no estado líquido é 1/3 cal/g°C.
d) o calor específico sensível no estado sólido é 1/45 cal/g°C.
e) ao passar do estado líquido a 60°C para o sólido a 10°C a substância perdeu 180 cal.
41) Um copo com 300 ml de água é colocado ao sol. Após algumas horas, verifica-se que a temperatura
da água subiu de 10 °C para 40 °C. Considerando-se que a água não evapora, calcule em calorias a
quantidade de calor absorvida pela água.
42) O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por exemplo, um forno é essencial
para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até que se torne
moldável. Considerando que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg,
que a temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do ferro vale
0,1 cal/gºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa
massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro.
Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC.
43) Um corpo constituído por uma substância de calor específico 840 J/kg°C e aquecido por uma fonte
térmica e apresenta variação de temperatura conforme o gráfico.
Se o corpo tem massa igual a 250 g, calcule a quantidade de calor fornecida pela fonte a cada minuto.
9