Fisica 2 exercicios gabarito 03

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Fisica 2 exercicios gabarito 03

  1. 1. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 35 (Exercício 03) Em seu livro didático, encontrou as seguintes informações (Figura 2): Exercício 03 Questão 01 Um recipiente de capacidade térmica desprezível eisolado termicamente contém 25 kg de água àtemperatura de 30°C.a) Determine a massa de água a 65°C que se devedespejar no recipiente para se obter uma mistura emequilíbrio térmico à temperatura de 40°C.b) Se, em vez de 40°C, quiséssemos uma temperatura a) Determine a capacidade térmica desse calorímetro,final de 20°C, qual seria a massa de gelo a 0°C que sabendo que a massa da latinha após o recorte realizadodeveríamos juntar aos 25 kg de água a 30°C? era de 15 . 10-3 kg. Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g.°C b) Como a capacidade térmica do calorímetro era muitoe o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g. pequena, decidiu ignorar esse valor e então realizou uma previsão experimental para o seguinte problema: Determinar a temperatura que deve ter atingido um Questão 02 parafuso de ferro de 0,1 kg aquecido na chama de um fogão. Um recipiente de capacidade térmica desprezível e Dentro do calorímetro, despejou 0,2 L de água. Apósisolado termicamente contém 25 kg de água à alguns minutos, constatou que a temperatura da águatemperatura de 30°C. era de 19 °C. Aqueceu então o parafuso, colocando-o ema) Determine a massa de água a 65°C que se deve seguida no interior do calorímetro. Atingido o equilíbriodespejar no recipiente para se obter uma mistura em térmico, mediu a temperatura do interior do calorímetro,equilíbrio térmico à temperatura de 40°C. obtendo 40 °C. Nessas condições, supondo queb) Se, em vez de 40°C, quiséssemos uma temperatura houvesse troca de calor apenas entre a água e ofinal de 20°C, qual seria a massa de gelo a 0°C que parafuso, determine aproximadamente a temperatura que este deve ter atingido sob o calor da chama dodeveríamos juntar aos 25 kg de água a 30°C? fogão. Considere o calor específico da água igual a 4,0 J/g.°Ce o calor latente de fusão do gelo igual a 320 J/g. Questão 05 Questão 03 Um calorímetro de capacidade térmica 6 cal/°C contém 80 g de água (calor específico = 1 cal/g°C) a 20°C. Ao se colocar um bloco metálico de capacidade Um calorímetro isolado termicamente possui, térmica 60 cal/°C, a 100°C, no interior desseinicialmente, 1,0 kg de água a uma temperatura de 55 calorímetro, verificou-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é 50°C. A quantidade de calor perdida°C. Adicionamos, então, 500 g de água a 25 °C. Dado para o ambiente, nesse processo, foi de:que o calor especifico da água é 1,0 cal/(g.°C), que o a) 420 cal b) 370 calcalor latente de fusão é 80 cal/g e que sua densidade é c) 320 cal 31,0 g/cm , calcule: d) 270 cala) a temperatura de equilíbrio da água; e) 220 calb) a energia (em calorias - cal) que deve ser fornecida àágua na situação do item a) para que esta atinja a Questão 06temperatura de ebulição de 100 °Cc) quanto calor deve ser retirado do calorímetro, no item O gráfico mostra as curvas de quantidade de calorb), para que toda a água fique congelada. absorvido em função da temperatura para dois corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de Questão 04 líquido. Após ter estudado calorimetria, um aluno decideconstruir um calorímetro usando uma lata derefrigerante e isopor. Da latinha de alumínio removeuparte da tampa superior. Em seguida, recortou anéis deisopor, de forma que estes se encaixassem na latinharecortada, envolvendo-a perfeitamente (Figura 1).Aprovação em tudo que você faz. 1 www.colegiocursointellectus.com.br
  2. 2. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 35 (Exercício 03) O bloco de metal, a 115°C, foi colocado em contato Determine:com o líquido, a 10°C, em um recipiente ideal e isolado a) O calor específico da substância na fase líquida e seutermicamente. Considerando que ocorreu troca de calor calor latente específico de fusão.somente entre o bloco e o líquido, e que este não se b) Após a substância atingir a temperatura de 80 ºC,evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá a cessou-se o fornecimento de calor e adicionou-se à elaa) 70°C. 50 g de gelo a 0 ºC. Supondo que a troca de calor ocorrab) 60°C. apenas entre o gelo e a substância, determine a massac) 55°C. de água, fase líquida, em equilíbrio térmico.d) 50°C. Dados:e) 40°C. Calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g Calor específico da água: c = 1,0 cal/(g.ºC) Questão 07 COM BASE NO TEXTO A SEGUIR, RESPONDA À QUESTÃO 10. Um corpo de alumínio e outro de ferro possuemmassas mAl e mFer respectivamente. Considere que o Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândiacalor específico do alumínio é o dobro do calor específico paralisaram aeroportos em vários países da Europa.do ferro. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois Se os dois corpos, ao receberem a mesma contêm materiais que se fixam nas pás de saída,quantidade de calor Q, sofrem a mesma variação de causando problemas no funcionamento do motor a jato.temperatura ΔT, as massas dos corpos são tais quea) mAl = 4mFe. Questão 10b) mAl = 2mFe.c) mAl = mFe. Considere que o calor específico de um materiald) mAl = mFe/2. 0 presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g C . Supondo quee) mAl = mFe/4. 0 esse material entra na turbina a –20 C, a energia cedida a uma massa m = 5g do material para que ele atinja 0 Questão 08 uma temperatura de 880 C é igual a a) 220 J. Uma montanhista utiliza em suas escaladas uma b) 1000 J.caneca com massa igual a 100 g e feita de um material c) 4600 J.com calor específico de 910 J/(kg.ºC). Num certo d) 3600 J.momento, ela coloca 200 g de chá à temperatura inicialde 80 ºC em sua caneca, que se encontra à temperaturaambiente de 10 ºC. Despreze a troca de calor com o GABARITOambiente e considere que o calor específico do chá éigual ao da água, isto é, 1,0 cal/(g.ºC). Determine a Questão 01temperatura do chá após o sistema ter atingido oequilíbrio térmico. a) 10 kg b) 2,5 kg Questão 09 Questão 02 Em uma experiência de Termologia, analisou-se avariação da temperatura, medida em graus Celsius, de a) 3100 g de uma substância, em função da quantidade de b) 640 gcalor fornecido, medida em calorias. Durante oexperimento, observou-se que, em uma determinada Questão 03etapa do processo, a substância analisada apresentoumudança de fase sólida para líquida. Para visualizar oexperimento, os dados obtidos foram apresentados em a) 1000 × 1,0 × (T - 55) + 500 × 1 × (T - 25 ) = 0 →um gráfico da temperatura da substância como função 1500 T = 67500 → T = 45 °C.da quantidade de calor fornecido. b) Q = 1500 × 1,0 × (100 - 45) = 1.500 × 55 = 82500 cal = 82,5 kcal. c) Para resfriar a água: Q1 = - 1500 × 1 × 100 = - 150 000 cal. Para congelar a água: Q2 = - 80 × 1500 cal = - 120 000 cal. Portanto o calor total a ser RETIRADO da água será QT = Q1 + Q2 = - 270 000 cal = - 270 kcal. Questão 04 a) A capacidade térmica de um corpo é a razão entre o calor recebido e a variação da temperatura:Aprovação em tudo que você faz. 2 www.colegiocursointellectus.com.br
  3. 3. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 35 (Exercício 03) Q O sistema é termicamente isolado. Então: C= → Q = C.Ä. Qcaneca + Qchá = 0 ⇒ m1 c1 (T – T1) + m2 c2 (T – T2) Äè =0 ⇒ Por outro lado o calor específico de uma substância éa quantidade de calor que uma unidade de massa deve 0,1(910)(T – 10) + 0,2(4.200) (T – 80) ⇒receber para que a sua temperatura eleve-se em uma 91 T – 910 + 840 T – 67.200 ⇒ 931 T = 68.110 ⇒unidade de temperatura. T ≅ 73,16 °C. Q C.Äθc= = → C = m.c mÄθ m.Äθ Questão 09 −3C = m.c = 15x10 x900 = 13,5J/ °C a) Dado: m = 100 g.b) Em uma mistura feita em um recipiente adiabático a Pela leitura do gráfico, conclui-se que:soma do calor trocado é nula. – de 0°C até 40 °C a substância esteve na fase sólida;∑ Q = 0 → (mc Äθ ) água ( + mc Äθ ) ferro =0 – a fusão ocorreu na temperatura de 40 °C com absorção0,2x 4200 x(40 − 19) + 0,1x 450(40 − è ) = 0 → 17640 + 1800 − 45è = 0 → è = 432°C de 400 cal – após a fusão, iniciou-se novo aquecimento, de 40 °C a 80 °C. Questão 05 Na fase líquida a quantidade de calor absorvida foi: QS = 1.000 – 600 = 400 cal. Letra A. Q Q 400 QS = m c ΔT ⇒ C = ⇒c= = ⇒ = c = 0,1 Resolução m ΔT m ΔT 100x40 O calorímetro absorveu calor. Q = C.ΔT = 6.(50-20) = 180 cal cal/g.°C. A porção de água absorveu calor. Durante a fusão, a temperatura se manteve Q = m.c.ΔT = 80.1.(50-20) = 2400 cal constante, absorvendo nesse processo: O bloco metálico cedeu calor QL = 600 – 200 = 400 cal. Q = C.ΔT = 60.(100-50) = - 3000 cal Note que os corpos que absorveram calor o fizeram Q 400 Lem um total de 180 + 2400 = 2580 cal QL = m L ⇒ L = = ⇒ L = 4 cal/g. Como o corpo que cedeu calor o fez em 3000 cal m 100ocorreu uma perda de 3000 – 2580 = 420 cal b) Dados: mg = 50 g; Lg = 80 cal/g; cag = 1 cal/g.°C. Calculemos a quantidade calor necessária para fundir Questão 06 totalmente o gelo: Qg = m Lg = 50 (80) = 4.000 cal. Letra E. Ora, se a substância recebeu 1.000 cal para aquecer Resolução de 0 °C até 80 °C, para retornar a 0°C, fazendo o Na leitura do gráfico: processo inverso, ela liberou, também, 1.000 cal, que foram absorvidas pelo gelo. Mas essa quantidade é Para o líquido → Q = C.ΔT → 100 = Clíquido.40 → insuficiente para fundir totalmente o gelo.Clíquido = 2,5 kJ/°C A massa (m’) de gelo fundida é, então, a que recebeu Para o metal → Q = C.ΔT → 100 = Cmetal.100 → Q’g= 1.000 cal.Cmetal = 1 kJ/°C Q’g = m’ Lg ⇒ 1.000 = m’ (80) ⇒ Na troca de calor: m’ = 12,5 g. Qlíquido + Qmetal = 0 2,5.(T – 10) + 1.(T – 115) = 0 Questão 10 2,5.T – 25 + T – 115 = 0 3,5.T – 140 = 0 T = 140/3,5 = 40°C Letra D. Dados: m = 5 g; c = 0,8 J/g•°C; Δ θ = [880 – (-20)] = 900 °C. Questão 07 Da equação fundamental da calorimetria: Q = m c Δ θ = (5) (0,8) (900) ⇒ Q = 3.600 J. Letra D. Dados: QAl = QFe; cAl = 2 cFe; ΔTAl = ΔTFe = ΔT. QAl = QFe ⇒ mAl cAl ΔT = mFe cFe ΔT ⇒ mAl 2 cFe = mFemFe cFe ⇒ mAl = 2 Questão 08 Dados: m1 = 100 g = 0,1 kg ; c1 = 910 J/kg.°C; T1 = 10 °C;T2 = 80 °C; m2 = 200 g = 0,2 kg; c2 = 1 cal/g.°C = 4.200J/kg.°C.Aprovação em tudo que você faz. 3 www.colegiocursointellectus.com.br

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