Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
1. (Fuvest 2011) Um forno solar simples foi construído com uma caixa de isopor, forrada
internamente com papel alumínio e fechada com uma tampa de vidro de 40 cm x 50 cm.
Dentro desse forno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xícara de arroz e 300 ml
de água à temperatura ambiente de 25 ºC.
Suponha que os raios solares incidam perpendicularmente à tampa de vidro e que toda a
energia incidente na tampa do forno a atravesse e seja absorvida pela água. Para essas
condições, calcule:
a) A potência solar total P absorvida pela água.
b) A energia E necessária para aquecer o conteúdo da panela até 100 ºC.
c) O tempo total T necessário para aquecer o conteúdo da panela até 100 ºC e evaporar 1/3
da água nessa temperatura (cozer o arroz).
NOTE E ADOTE
Potência solar incidente na superfície da Terra: 1 kW/m2
Densidade da água: 1 g/cm3
Calor específico da água: 4 J/(g ºC)
Calor latente de evaporação da água: 2200 J/g
Desconsidere as capacidades caloríficas do arroz e da panela.
2. (Pucsp 2010) Um cubo de gelo de massa 100 g e temperatura inicial -10 ºC é colocado no
interior de um micro-ondas.
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.
São dados:
Pressão local = 1 atm
Calor específico do gelo = 0,5 cal.g-1.0C-1
Calor específico da água líquida = 1,0 cal.g-1.0C-1
Calor latente de fusão da água = 80 cal. g-1
Calor de vaporização da água = 540 cal.g-1
1 cal = 4,2 J
a) 1008
b) 896
c) 1015
d) 903
e) 1512
Página 1 de 6
Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
3. (Unesp 2009) Em um acampamento, um grupo de estudantes coloca 0,50 L de água, à
temperatura ambiente de 20 ºC, para ferver, em um lugar onde a pressão atmosférica é
normal. Depois de 5,0 min, observam que a água começa a ferver, mas distraem-se, e só
tiram a panela do fogão depois de mais 10 min, durante os quais a água continuou fervendo.
Qual a potência calorífica do fogão e o volume de água contido na panela ao final desses 15
min de aquecimento?
Despreze o calor perdido para o ambiente e o calor absorvido pelo material de que é feita a
panela; suponha que o fogão forneça calor com potência constante durante todo tempo.
Adote para a densidade da água: ρágua = 1,0 kg / L
São dados:
3
calor específico da água: c água = 4,2 ⋅ 10 J / ( kg . º C ) ;
6
calor latente de vaporização da água: Lágua = 2,3 ⋅ 10 J / kg.
Dê a resposta com dois algarismos significativos.
4. (Unifesp 2009) 0,50 kg de uma substância a temperatura T0 = 40°C, na fase líquida, é
colocado no interior de um refrigerador, até que a sua temperatura atinja T1 = -10°C. A
quantidade de calor transferida em função da temperatura é apresentada no gráfico da
figura.
A parte do gráfico correspondente ao intervalo de -10°C a 2,0° foi ampliada e inserida na
figura, à direita do gráfico completo. Calcule:
a) O calor latente específico de solidificação.
b) O calor específico na fase sólida.
Página 2 de 6
Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
5. (Enem cancelado 2009) A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em
posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as
propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de
calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve
ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertêlo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama.
A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de
a) servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese.
b) funcionar como regulador térmico para os organismos vivos.
c) agir como solvente universal nos tecidos animais e vegetais.
d) transportar os íons de ferro e magnésio nos tecidos vegetais.
e) funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos.
6. (Fuvest 2008) Um aquecedor elétrico é mergulhado em um recipiente com água a 10 °C
e, cinco minutos depois, a água começa a ferver a 100 °C. Se o aquecedor não for desligado,
toda a água irá evaporar e o aquecedor será danificado. Considerando o momento em que a
água começa a ferver, a evaporação de toda a água ocorrerá em um intervalo de
aproximadamente
Calor específico da água = 1,0 cal/(g°C)
Calor de vaporização da água = 540 cal/g
Desconsidere perdas de calor para o recipiente, para o ambiente e para o próprio
aquecedor.
a)
b)
c)
d)
e)
5 minutos.
10 minutos.
12 minutos.
15 minutos.
30 minutos.
7. (Unesp 2008) Ao ser anunciada a descoberta de novo planeta em torno da estrela
Gliese581 e a possível presença de água na fase líquida em sua superfície, reavivou-se a
discussão sobre a possibilidade de vida em outros sistemas.
Especula-se que as temperaturas na superfície do planeta são semelhantes às da Terra e a
pressão atmosférica na sua superfície é estimada como sendo o dobro da pressão na
superfície da Terra. A essa pressão, considere que o calor latente de vaporização da água
no novo planeta seja 526 cal/g e a água atinja o ponto de ebulição a 120 °C. Calcule a
quantidade necessária de calor para transformar 1 kg de água a 25 °C totalmente em vapor
naquelas condições, considerando o calor específico da água 1 cal/g.
Página 3 de 6
Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
Gabarito:
Resposta da questão 1:
Dados:
A = 40 × 50 = 2.000 cm2 = 0,2 m2 → área de captação.
V = 300 mL = 300 cm3 → volume de água.
θ 0 = 25 °C → temperatura inicial da água.
θ = 100 °C → temperatura de ebulição da água.
IS = 1 kW/m2 → Intensidade solar local.
c = 4 J/g⋅C → calor específico sensível da água.
Lev = 2.200 J/g → calor específico latente de evaporação da água.
d = 1 g/cm3 → densidade da água.
kW
× 0,2 m 2 = 0,2 kW ⇒ P = 200 W.
m2
b) E = m c ∆θ ⇒ E = 300 (4) (100 – 25) ⇒ E = 9 × 104 J.
a) IS =
P
A
⇒
P = IS A = 1
c) A massa de água é:
m = d V = 1 (300) = 300 g.
Para evaporar 1/3 dessa massa de água, a quantidade de energia é:
m
300
Eev = L ev =
( 2.200 ) ⇒ Eev = 22 × 104 J.
3
3
A quantidade de energia necessária até 1/3 da massa de água ser evaporada é:
Etotal = E + Eev = ( 9 + 22 ) 104 = 31 × 104 J.
Calculando o tempo gasto até o momento considerado:
E
E
31× 10 4
P = total ⇒ T = total =
⇒ T = 1.550 s.
T
P
200
Resposta da questão 2:
[C]
Dados: m = 100 g; cgelo = 0,5 cal/g.°C; Lfusão = 80 cal/g; cágua = 1 cal/g.°C; Lvap = 540 cal/g; ∆t
= 5 min = 300 s e 1 cal = 4,2 J.
A quantidade de calor total é igual ao calor sensível do gelo de –10°C até 0 °C, mais o calor
latente de fusão do gelo, mais o calor sensível da água de 0 °C a 100 °C e mais o calor de
vaporização da água.
Equacionando:
Q = Qgelo + Qfusão + Qágua + Qvaporização ⇒ Q = m cgelo ∆Tgelo + m Lfusão + m cágua ∆Tágua + m Lvap ⇒
Q = 100 (0,5) [0 – (-10)] + 100 (80) + 100 (1) (100 – 0) + 100 (540) ⇒
Q = 500 + 8.000 + 10.000 + 54.000 = 72.500 cal.
Transformando em joules:
Q = 72.500 (4,2) = 304.500 J.
Página 4 de 6
Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
Calculando a potência:
Q=
P 304.500
=
⇒
∆t
300
Q = 1.015 W.
Resposta da questão 3:
Dados:
V0 = 0,5 L; c água = 4,2 ⋅ 103 J / kg ⋅ °C; ρágua = 1,0 kg / L;Lágua = 2,3 ⋅ 106 J / kg;
Δt1 = 5 min = 300 s; Δt 2 = 10 min = 600 s; ΔT = ( 100 – 20 ) = 80°C
A massa inicial de água é:
M0 = ρágua V0 = 1× 0,5
⇒
M0 = 0,5 kg.
A quantidade de calor ( Q1 ) necessária essa massa inicial é:
Q1 = M0 c água ∆T = 0,5 × 4,2 × 103 × 80 = 168.000 J.
A potência é a relação entre o calor fornecido e o tempo de aquecimento:
P=
Q1 168.000
=
= 560 W
∆t1
300
⇒
P = 5,6 × 102 W.
Durante a ebulição, o calor absorvido é o dobro do calor de aquecimento, pois o tempo é o
dobro e a potência é constante.
Q2 = 2 Q1 = 2 × 168.000 = 336.000 J.
Seja m a massa de água vaporizada:
Q2 = m L água
⇒
m=
Q2
336.000
=
= 0,15 kg.
Lágua 2,3 × 106
A massa de água restante é:
M = M0 − m = 0,5 − 0,15 = 0,35 kg.
Calculando o volume restante:
V=
M
ρágua
=
0,35
= 0,35 L
1
⇒
V = 3,5 × 10−1 L.
Resposta da questão 4:
De acordo com os gráficos a mudança de estado físico, solidificação, ocorreu entre as
leituras de calor 16.104 J (veja no gráfico maior) e 1.104 J (veja no detalhe gráfico a
direita)
Q = m.L
Página 5 de 6
Aula 11 – Mudança de Estado Físico – Questões Atuais – Vestibulares de SP
(1.104 – 16.104) = 0,5.L
-15.104 = 0,5.L
L = -30.104 = -3,0.105 J/kg
O resfriamento na fase sólida pode ser lido no detalhe gráfico, onde se pode ver que este
resfriamento ocorreu entre 1.104 J e zero.
Q = m.c.∆T
(0 – 1.104) = 0,5.c.(-10 – 0)
-104 = -5.c
→ c = 2000 J/(kg°C) = 2 kJ/(kg°C)
Resposta da questão 5:
[B]
Devido ao alto calor específico da água, ela serve como regulador térmico para os seres
vivos. Quando a temperatura do organismo aumenta, ele elimina água na forma de suor. Essa
água, ao evaporar, absorve calor desse organismo, regulando sua temperatura. Cada 1 grama
que se transforma em vapor absorve 540 cal.
Resposta da questão 6:
[E]
Resposta da questão 7:
621 kcal.
Página 6 de 6