Exercícios Complementares Calorimetria física

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1) Num calorímetro de capacidade térmica desprezível, misturam-se 
massas de gelo a 0°C e de vapor d’água a 130°C. O calor de fusão do 
gelo é 80 cal/g; o calor de condensação do vapor d’água é 540 cal/g, o 
calor específico do vapor d’água é 0,5 cal/g.ºC e o calor específico da 
água (líquida) é 1,0 cal/g°C. Ao ser atingido o equilíbrio térmico, 
verifica-se que existe água líquida e ¾ da massa inicial do vapor, a 
100º C. Qual era a relação entre as massas de gelo e vapor d’água 
inicialmente ? 
 
A) 2/3 
B) 3 
C) 4/3 
D) 5/6 
e) 3/4 
 
2)um recinto fechado mantido à temperatura constante de 90º C contém 
inicialmente, uma mistura de ar seco com 150 g de vapor d’agua, sendo a 
pressão deste gás de 190 mm de hg. Coloca-se no recinto uma cuba com 
água à mesma temperatura. Qual, aproximadamente , a massa d’água que 
vai se evaporar ? a) 40 g b) 190 g c) 240 g d) 390 g e) 450 g. 
 
 
3) Em regiões de clima seco e quente, a temperatura se conserva 
moderada dentro de casa quando o prédio é coberto por uma laje 
impermeável a sobre esta se mantém uma camada de água. Qual a 
quantidade aproximada de calor extraída do prédio em cada m2 de 
cobertura, por hora ? Dado : temperatura da água = 30ºC. Calor de 
vaporização da água a 30ºC= 597 cal/g. Velocidade de evaporação da água 
= 418 mm em 24 horas. 
a) 1,1.107 cal b) 1,8 . 107 cal c) 2,3.107 cal d) 2,9.107 cal 
e) 3,7 .107 cal. 
 
 
4) Introduzem-se em um calorímetro 300 g de gelo fundente à pressão 
normal, 1800 g de água a 10º C e 150 g de vapor d’água, a 100 ºC. 
a) Determine a temperatura T da mistura uma vez atingido o equilíbrio 
térmico ? 
 
 
5) Colocando-se 4 litros de água a 20ºC numa bilha ( moringa ) de barro 
e verificando-se, após certo tempo, que evaporaram-se 10 g pelos 
pequenos orifícios das suas paredes, podemos determinar que a 
temperatura final da água em seu interior será mais próxima de : 
a) 18,1ºC b) 18,5ºC c) 18,7ºC d) 18,9ºC e) 21,6ºC 
 
 
6) Um bloco de gelo que está inicialmente a uma temperatura inferior a 
0ºC recebe energia a uma razão constante , distribuída uniformemente 
por toda a sua massa . O gráfico que melhor representa a variação da 
temperatura T (em ºC) do sistema em função do tempo t (em segundos) é : 
a) b) 
 
 t 
 
 
 
c) d) 
 
 
 
 
e) 
 
 
 
 
 
 
7) Considere as afirmativas abaixo : 
 
I) Num processo de evaporação de um líquido numa dada temperatura, a 
taxa de vapor gerada na unidade de tempo vai ser tanto maior quanto 
maior for a diferença entre a Pressão máxima de vapor e a Pressão 
exercida pelo vapor já existente naquela temperatura. 
 
II) Numa sala de aula de 60m³, onde o estado higrométrico é de 50% e a 
massa de vapor existente é de 10g/m³, a massa de água que se deve 
evaporar a mais no recinto para que ele fique saturado na mesma 
temperatura é de, aproximadamente, 230 g. 
 
T 
 
 t 
 T 
T T 
T 
III) Para uma substância que aumenta de volume quando se funde, a sua 
solidificação, sob mesmas condições e em quantidades iguais, é mais 
rápida no Pico das Agulhas Negras, em Itatiaia,RJ, do que no pátio do 
Colégio Naval,em Angra dos Reis, RJ. 
Estão corretas : 
a) I e II. 
b) I e III. 
c) II e III. d) Todas elas. 
 
 
8) Sabe-se que nas proximidades dos polos do planeta Terra é comum a 
formação dos icebergs, que são grandes blocos de gelo, flutuando nas 
águas oceânicas. Estudos mostram que a parte de gelo que fica emersa 
durante a flutuação corresponde a aproximadamente 10% do seu volume 
total. Um estudante resolveu simular essa situação introduzindo um 
bloquinho de gelo no interior de um recipiente contendo água, 
observando a variação de seu nível desde o instante de introdução até o 
completo derretimento do bloquinho.Com base nessa simulação, verifica-
se que o nível da água no recipiente 
a) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento 
total do gelo, esse nível subirá ainda mais. 
b) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o 
derretimento total do gelo, esse nível descerá, voltando ao seu valor 
inicial. 
c) subirá com a introdução do bloquinho de gelo e, após o derretimento 
total do gelo, esse nível permanecerá sem alteração. 
d) não sofrerá alteração com a introdução do bloquinho de gelo, porém, 
após seu derretimento, o nível subirá devido a um aumento em torno de 
10% no volume de água. 
e) subirá em torno de 90% do seu valor inicial com a introdução do 
bloquinho de gelo e, após seu derretimento, o nível descerá apenas 10% 
do valor inicial. 
 
 
9)À temperatura exterior de -5ºC, cada metro quadrado da superfície 
livre da água de um tanque perde 40 Kcal por hora. Que espessura, 
aproximadamente, de gelo se forma em 12 h, sendo 0ºC a temperatura da 
superfície da água ? 
Dado :Densidade do gelo = 0,92 g/cm3. 
 
a) 0,1 cm b)0,3 cm c) 0,5 cm d) 0,7 cm e) 0,9 cm 
 
 
 
 
10)Um bloco metálico a 50ºC é colocado em contato, dentro de um 
recipiente (denominado recipiente 1) termicamente isolado, com uma 
mistura, à temperatura de 0ºC, de uma certa quantidade de água líquida 
com 200 g de gelo. Ao atingir-se o novo equilíbrio térmico, observa-se 
que apenas 100 g de gelo haviam fundido. Em seguida, rapidamente, o 
bloco metálico é retirado do primeiro recipiente, e mergulhado em um 
outro (recipiente 2) cheio de água líquida. Após chegar novamente ao 
equilíbrio, a temperatura do bloco é de 40ºC. Calcule o calor cedido 
pelo bloco metálico no recipiente 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GABARITO 
1- 
𝑄𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 
𝑄𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 = Calor suficiente para resfriar o vapor de água e condensar 
𝑀𝑉/4 
𝑄𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = Calor suficiente para ocorrer a fusão de 𝑀𝑔 de gelo e depois 
aquecer 𝑀𝑔 de água em 100°C 
𝑀𝑉𝑐Δ𝑇1 + 𝑀𝑉𝐿/4 = 𝑀𝑔𝐿 + 𝑀𝐺𝑐Δ𝑇2 
𝑀𝑉 ⋅ 0,5 ⋅ 30 + 𝑀𝑉/4 ⋅ 540 = 𝑀𝑔 ⋅ 80 + 𝑀𝑔 ⋅ 100 
150𝑀𝑉 = 180𝑀𝑔 ⇒ 𝑀𝑔/𝑀𝑉 = 5/6 
D 
 
2- 
Por uma tabela que você encontra na internet, a pressão de vapor máxima 
da água a 90°C é de 525,8mmHg. Sabemos que 150g de vapor d’agua 
correspondem a 190mmHg. Por regra de 3, a massa de vapor d’agua que 
corresponde a 525mmHg é 
525
190
⋅ 150 = 415g. Portanto, 265g de água irão 
evaporar, que é aproximadamente 240g. 
O erro provavelmente se deu do fato de ele utilizar uma medida 
diferente para 𝑃𝑀á𝑥 da água a 90°C, mas na prova ele vai dar o valor 
necessário, provavelmente através de um gráfico ou tabela. 
C 
 
3- 
Para uma área A, 0,418 ⋅ 𝐴 𝑚3 de água terão evaporado em 24h, que 
corresponde a 418𝐴 𝑘𝑔 de água, ou 418𝐴 ⋅ 103𝑔 de água, que corresponde a 
418𝐴 ⋅ 103 ⋅ 597𝑐𝑎𝑙 ≈ 25 ⋅ 107𝑐𝑎𝑙/24ℎ ≈ 1,1 ⋅ 107𝑐𝑎𝑙/ℎ 
A 
 
4- 
Primeiramente, podemos fazer o equilíbrio térmico entre o gelo e a 
água. 300 ⋅ 80 > 1800 ⋅ 1 ⋅ 10, portanto, nem todo o gelo vai virar água no 
processo, inicialmente. 
𝑄𝑙𝑖𝑏 = 𝑄𝑎𝑏𝑠 
𝑀𝑔 ⋅ 80 = 𝑀𝑎 ⋅ 1 ⋅ 10 
𝑀𝑔 ⋅ 80 = 1800 ⋅ 10 = 18000 
𝑀𝑔 = 225 
Portanto,temos agora 225 + 1800 = 2025g de água a 0°C e 75g de gelo a 
0°C. 
O calor que 150g de vapor d’agua vai liberar para condensar não é 
suficiente para aquecer a 100°C o restante do sistema, por isso 
precisamos fazer os cálculos considerando que o gelo vai fundir, vai 
aquecer a T °C junto com a água a 0°C e o vapor d’agua vai condensar e 
resfriar até os mesmos T °C. 
𝑄𝑙𝑖𝑏 = 𝑄𝑎𝑏𝑠 
𝑄𝑙𝑖𝑏 = 𝑀𝑣 ⋅ 540 + 𝑀𝑣 ⋅ 1 ⋅ (100 − 𝑇) = 150 ⋅ 540 + 150 ⋅ (100 − 𝑇) 
𝑄𝑙𝑖𝑏 = 96000 − 150𝑇 
𝑄𝑎𝑏𝑠 = 𝑀𝑔 ⋅ 80 + 𝑀𝑎 ⋅ 1 ⋅ (𝑇 − 0) = 75 ⋅ 80 + 2100𝑇 
96000 − 150𝑇 = 6000 + 2100𝑇 ⇒ 2250𝑇 = 90000 ⇒ 𝑇 = 40°𝐶 
 
5- 
𝑄𝑙𝑖𝑏 = 𝑄𝑎𝑏𝑠 
O calor absorvido é o calor que 10g de água absorvem para evaporar. O 
calor liberado é o calor que o restante da água vai ter que ceder para 
esses 10g para evaporá-los: 
10 ⋅ 540 = 4000 ⋅ 1 ⋅ Δ𝑇 
Δ𝑇 = 1,35°𝐶 ⇒ 𝑇𝑓 = 18,65 ≈ 18,7 
C 
 
6- 
O calor específico do gelo é menor que o da água, portanto ele vai 
aquecer mais rápido q a água. Isso deixa apenas a alternativa d como 
solução 
D 
 
7- 
I- Verdadeiro 
II- Umidade relativa = Qtd. de vapor presente no ar / Qtd. de vapor 
saturante a uma dada temperatura 
0,5 =
60𝑚3 ⋅ 10𝑔/𝑚3
𝑄𝑡𝑑𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒
 
𝑄𝑡𝑑𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 600 ⋅ 2 = 1200 
Portanto, ainda teria que evaporar mais 600g de água para saturar o ar 
do recinto, por isso está errada 
III- Falso. Se o líquido aumenta de volume quando se funde, então a 
temperatura de fusão dele aumenta com o aumento de pressão. Isso é o 
oposto do que ocorre com a água (pesquise o gráfico de fases da água e 
de outra substância, verá a diferença). Portanto, a temperatura de 
fusão dele é maior no Colégio Naval e ele irá para o estado sólido 
antes aqui. 
 
Anulada 
 
8- 
C. Quando o gelo é colocado na água, o volume deslocado por ele 
corresponde à sua massa (princípio de Pascal). Como a sua massa será 
transferida para água, esse volume deslocado pelo gelo será ocupado 
pela água depois que o gelo derreter. Portanto, o volume permanecerá o 
mesmo. 
 
9- 
Para uma área A, a energia liberada pela água vai ser de 40𝑘𝑐𝑎𝑙/ℎ ⋅ 12ℎ ⋅ 𝐴 =
480 ⋅ 103 ⋅ 𝐴 𝑐𝑎𝑙. Essa energia vai ser utilizada para transformar uma massa 
de gelo 𝑀𝑔 de água a 0°C em gelo 
480 ⋅ 103𝐴 𝑐𝑎𝑙 = 𝑀𝑔 ⋅ 80 𝑐𝑎𝑙/𝑔 ⇒ 𝑀𝑔 = 6 ⋅ 103𝐴 𝑔 
Esse A está em 𝑚2. Se queremos a massa de um 𝑐𝑚2, devemos dividir a 
massa por 104, considerando que só utilizou 
1
104 da energia necessária. 
 
𝐷 =
𝑀
𝑉
⇒ 0,92 =
6 ⋅ 10−1𝐴
𝑉
⇒ 𝑉 ≈ 6,5 ⋅ 10−1𝐴 𝑐𝑚3 
𝑉 = 𝐴 ⋅ ℎ ⇒ ℎ = 0,65𝑐𝑚 ≈ 0,7𝑐𝑚 
D 
 
10- 
 
O calor trocado no recipiente 1 foi o calor necessário para fusão de 
100g de gelo. Portanto 
𝑄 = 𝑚𝐿𝐹 = 100 ⋅ 80 = 8000 𝑐𝑎𝑙