Termologia
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“Em algum lugar, alguma coisa incrível está esperando para ser descoberta.”
Carl Sagan
Termologia
LISTA 45 – TROCAS DE CALOR
01. (FUVEST) Um bom café deve ser preparado a uma temperatura pouco acima de 80°C. Para evitar queimaduras na boca, deve ser consumido a uma temperatura mais baixa. Uma xícara contém 60 mL de café a uma temperatura de 80°C. Qual a quantidade de leite gelado (a uma temperatura de 5ºC) deve ser misturada ao café para que a temperatura final do café com leite seja de 65ºC?
(A) 5 mL
(B) 10 mL
(C) 15 mL
(D) 20 mL
(E) 25 mL
Note e adote:
Considere que o calor específico e a densidade do café e do leite sejam idênticos.
02. (FUVEST) Em uma garrafa térmica, são colocados 200 g de água à temperatura de 30ºC e uma pedra de gelo de 50 g, à temperatura de -10ºC. Após o equilíbrio térmico,
(A) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 7 °C.
(B) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0,4 °C.
(C) todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 20 °C.
(D) nem todo o gelo derreteu e a temperatura de equilíbrio é 0 °C.
(E) o gelo não derreteu e a temperatura de equilíbrio é –2 °C.
Note e adote:
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;
calor específico do gelo = 0,5 cal/gºC;
calor específico da água = 1,0 cal/gºC.
03. (UNESP) Uma cozinheira, moradora de uma cidade praiana, não dispunha de um termômetro e necessitava obter água a uma temperatura de 60 ºC. Resolveu, então, misturar água fervendo com água proveniente de um pedaço de gelo que estava derretendo. Considere o sistema isolado, ou seja, que a troca de calor só se estabeleceu entre as quantidades de água misturadas e, ainda, que a cozinheira usou a mesma xícara nas suas medições. A cozinheira só chegaria ao seu objetivo se tivesse misturado uma xícara da água a 0 ºC com
(A) três xícaras de água fervendo.
(B) duas xícaras e meia de água fervendo.
(C) duas xícaras de água fervendo.
(D) uma xícara e meia de água fervendo.
(E) meia xícara de água fervendo.
04. (UNESP) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível.
Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre
(A) 75,0 e 85,0.
(B) 65,0 e 74,9.
(C) 55,0 e 64,9.
(D) 45,0 e 54,9.
(E) 35,0 e 44,9.
05. (FUVEST) Um trocador de calor consiste em uma serpentina, pela qual circulam 18 litros de água por minuto. A água entra na serpentina à temperatura ambiente (20ºC) e sai mais quente. Com isso, resfria-se o líquido que passa por uma tubulação principal, na qual a serpentina está enrolada. Em uma fábrica, o líquido a ser resfriado na tubulação principal é também água, a 85 ºC, mantida a uma vazão de 12 litros por minuto. Quando a temperatura de saída da água da serpentina for 40 ºC, será possível estimar que a água da tubulação principal esteja saindo a uma temperatura T de, aproximadamente,
a) 75 ºC
b) 65 ºC
c) 55 ºC
d) 45 ºC
e) 35 ºC
06. (UNIFESP) 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 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 80ºC, 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/(gºC)
07. (FUVEST) Um pedaço de gelo de 150 g à temperatura de –20 °C é colocado dentro de uma garrafa térmica contendo 400 g de água à temperatura de 22 °C. Considerando a garrafa térmica como um sistema perfeitamente isolado e com capacidade térmica desprezível, pode-se dizer que, ao atingir o equilíbrio térmico, o sistema no interior da garrafa apresenta-se como:
Dados
Calor específico do gelo = 0,50 cal/(g · °C);
calor específico da água = 1,0 cal/(g · °C);
calor de fusão do gelo = 80 cal/g
a) um líquido a 10,5 °C.
b) um líquido a 15,4 °C.
c) uma mistura de sólido e líquido a 0 °C.
d) um líquido a 0 °C.
e) um sólido a 0 °C.
08. (FAMERP) Em um recipiente de capacidade térmica desprezível, 300 g de água, inicialmente a 20ºC, foram aquecidos. Após 2,0 minutos, quando a temperatura da água era 40ºC, mais 300 g de água a 20ºC foram adicionados ao recipiente. Considerando que não ocorreu perda de calor da água para o meio e que a fonte fornece calor a uma potência constante durante o processo, o tempo decorrido, após a adição da água, para que a temperatura da água atingisse 80ºC foi de
a) 5,0 min.
b) 14,0 min.
c) 10,0 min.
d) 15,0 min.
e) 8,0 min.
09. (FAMERP) Colocou-se certa massa de água a 80ºC em um recipiente de alumínio de massa 420 g que estava à temperatura de 20ºC. Após certo tempo, a temperatura do conjunto atingiu o equilíbrio em 70ºC. Considerando que a troca de calor ocorreu apenas entre a água e o recipiente, que não houve perda de calor para o ambiente e que os calores específicos do alumínio e da água sejam, respectivamente, iguais a 9,0 × 102 J/(kg ⋅ ºC) e 4,2 × 103 J/(kg ⋅ ºC), a quantidade de água colocada no recipiente foi
(A) 220 g.
(B) 450 g.
(C) 330 g.
(D) 520 g.
(E) 280 g.
10. (UNESP) Em um experimento de calorimetria realizado no nível do mar, um estudante colocou 600 g de água a 10 ºC e 100 g de gelo a – 40 ºC em um calorímetro ideal, onde já existiam 800 g de água a 5 ºC, em equilíbrio térmico com o calorímetro.
Sabendo que o calor específico da água líquida é 1 cal/(g·ºC), que o calor específico do gelo é 0,5 cal/(g · ºC) e que o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g, depois de atingido o novo equilíbrio térmico havia, dentro do calorímetro,
(A) 1500 g de água líquida a 10 ºC.
(B) 1450 g de água líquida e 50 g de gelo a 0 ºC.
(C) 1500 g de gelo a – 5 ºC.
(D) 1500 g de água líquida a 0 ºC.
(E) 1500 g de gelo a 0 ºC.
Respostas
1- C
2- A
3- D
4- C
5- C
6-
a) LF = 4,0 cal/g c = 0,10 cal/gºC
b) m = 12,5 g
7- C
8- C
9- B
10- D
