Exercício de Física 2º ano Ensino Médio - POTÊNCIA TÉRMICA E BALANÇO ENERGÉTICO

2ª ANO  DO ENSINO MÉDIO - 2012

Prof. Marcelo Franco Moura

LISTA DE EXERCÍCIOS – POTÊNCIA TÉRMICA E BALANÇO ENERGÉTICO

1)    O gráfico representa a variação da temperatura em função do tempo de um corpo sólido, com massa de 500 g, ao ser aquecido por uma fonte que libera 200 cal/min.

Determine:

a)    o calor específico da substância que constitui o corpo;

b)    a capacidade térmica do corpo.

2)    Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120 J/s. Uma “caloria alimentar” (1,0 kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0.10³ J. Para nos mantermos saudáveis, quantas “calorias alimentares” devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos?

3)    Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de água quente contendo 600 g de água à temperatura inicial de 90ºC. Após 4,0 h ele observa que a temperatura da água é de 42ºC. Determine a perca de energia da água por unidade de tempo.

Dado: c_água = 1,0 cal/gºC

4)    Em um aquário de 10ℓ, completamente cheio d'água, encontra-se um pequeno aquecedor de 60 W. Sabendo-se que, em 25 minutos, a temperatura da água aumentou de 2ºC, pergunta-se:

a)    Que quantidade de energia foi absorvida pela água?

b)    Que fração da energia fornecida pelo aquecedor foi perdida para o exterior?

Dados: calor específico da água = 1 cal/gºC; densidade da água: 1 ℓ/kg; 1 cal = 4,0 J

5)    Num forno de micro-ondas é colocado um vasilhame contendo 3,0 kg de água a 10ºC. Após manter o forno ligado por 14 min, verifica-se que a água atinge a temperatura de 50ºC. O forno é então desligado e dentro do vasilhame de água é colocado um corpo de massa 1,0 kg e calor específico c = 0,2cal/(g°C), a temperatura inicial de 0ºC. Despreze o calor necessário para aquecer o vasilhame e considere que a potência fornecida pelo forno é continuamente absorvida pelos corpos dentro dele. Determine o tempo a mais que será necessário manter o forno ligado, na mesma potência, para que a temperatura de equilíbrio final do conjunto retome a 50ºC.

6)    Dois corpos. A e B, de massas, respectivamente, iguais a m_A = 200 g e m_B = 300 g, são expostos, um de cada vez, a uma fonte térmica que fornece calor com potência constante igual a 110 cal/min. As temperaturas de cada corpo são registradas, a cada instante conforme o diagrama a seguir. Suponha que todo o calor liberado pela fonte seja absorvido pelos corpos.

A seguir, tem-se uma tabela com os valores específicos de algumas substâncias. A partir dos dados fornecidos, identifique as substâncias que compõem os corpos A e B.

calores específicos
substância	c (cal/gºC)
água	1,00
alumínio	0,22
vidro	0,19
ferro	0,11
latão	0,094
cobre	0,093
prata	0,055
mercúrio	0,034
chumbo	0,030

7)    Um aquecedor elétrico, pró­prio para uso doméstico e que apresenta as especificações 840 W /110 V, é imerso em um volume de água contida num calorímetro ideal. Durante os 3,50 minutos em que esteve ligado, o aquecedor proporcionou um au­mento de 30ºC na temperatura da água. Qual o volume da água?

(Dados: 1 cal = 4,2 J; densidade de H₂O = 1,0 kg/L; calor específico de H₂O = 1,0 cal/gºC.)

8)    Ao nível do mar, um aquecedor de imersão de 420 W é colocado num recipiente contendo 2,0 litros de água a 20ºC. Supondo-se que 80% da energia disponível seja absorvida pela água, determine o tempo necessário para que ela atinja a temperatura de ebulição.

(Dados: calor específico da água: 1 cal/gºC; densidade da água: 1 kg/L; 1 cal = 4,2 joules.)

9)    Um aquecedor fornece calor a uma razão constante. Um quilograma de água é colocado em contato com esse aquecedor sendo aquecido de 20ºC a 40ºC em 10 minutos. Um quilograma de um outro líquido também é posto em contato com esse aquecedor sendo aquecido de 20ºC a 50ºC em 10 minutos. A seguir, os dois líquidos (que se misturam, mas não reagem entre si) são misturados. Determine a temperatura final da mistura.

10) Pedro mantém uma dieta de 3000 kcal diárias e toda essa energia é consumida por seu organismo a cada dia. Assim, ao final de um mês (30 dias), seu organismo pode ser considerado como equivalente a um aparelho elétrico que, nesse mês, tenha consumido, quanto de energia em kWh?

1 kWh é a energia consumida em 1 hora por um equipa­mento que desenvolve uma potência de 1 kW. 1 cal = 4 J

 

11) Numa certa casa, a energia proveniente do Sol é armazenada em barris cheios de água. Num dado inverno, durante cinco dias nublados, a casa dever ser mantida em temperatura de 22ºC. Supondo que a água nos barris esteja a 50ºC, calcule o volume de água necessário para fornecer um calor de 1106 kcal para produzir o aquecimento mencionado.

Use: c_água = 1 cal/g.ºC; 1 m³ = 1000 ℓ e d_água = 1kg/ℓ.

12) Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é 6000 kcal/kg. Aproximadamente quantos litros de água á temperatura de 20ºC podem ser aquecidos até a temperatura de 100ºC com um bujão de gás de 13 kg? Despreze perdas de calor.

(c_água = 1,0 cal/gºC)

13) Em 300 g de água a 20ºC mergulha-se um fragmento metálico de 1000 g a 80ºC. O equilíbrio térmico estabelece-se a 50ºC. Determine o calor específico do metal, admitindo haver trocas de calor apenas entre os corpos mencionados.

Dado: c_água = 1,0 cal/gºC.

14) Pessoas pertencentes a uma seita mística, em seu ritual, aquecem a água de um caldeirão utilizando sete pedras. As pedras são colocadas em uma fogueira e, depois, lançadas no caldeirão com 0,70 litro de água a 20ºC. Cada uma das pedras tem, em média, 100 g de massa e se encontram a 300ºC no instante em que são lançadas no caldeirão. No equilíbrio térmico, tem-se uma temperatura de 50ºC. Sendo o calor es­pecífico sensível da água igual a 1,0 cal/gºC e desprezando as perdas de calor para o ambiente e para o caldeirão, pode-se afirmar que o calor específico sensível médio das pedras em questão é:

Densidade da água = 1,0 kg/ℓ

15) A temperatura normal do corpo humano é cerca de 36,5ºC. Uma pessoa ingere meio litro de água pura de calor específico 1 cal/gºC a 16,5ºC. Se 1 caloria equivale a aproximadamente 4 J, determine a energia cedida pela pessoa por ter tomado esta quantidade de água.

Considere a densidade da água igual a 1 g/cm³

16) Uma panela de ferro de massa 2500 g está à temperatura de 20ºC. Derrama-se nela 1 litro de água a 80ºC. Admitindo-se que só haja trocas de calor entre a água e a panela, determine a temperatura de equilíbrio térmico.

Dados: calor específico do ferro = 0,1 cal/gºC

            calor específico da água = 1,0 cal/gºC

            densidade absoluta da água = 1,0 kg/ℓ

17) Misturam-se duas quantidades de massas m₁ e m₂ de uma mesma substância, respectivamente a temperatura q₁ e q₂. Determine a temperatura final de equilíbrio térmico dessa mistura, para os seguintes casos:

a)    as massas são diferentes (m₁ ¹ m₂);

b)    as massas são iguais (m₁ = m₂).

18) Mistura-se 1 ℓ de água a 20ºC com 2 ℓ de água a 50ºC. Admitindo que a troca de calor se deu apenas entre os líqui­dos, qual a temperatura da mistura resultante?

  

19) Uma dona de casa, morando ao nível do mar, precisava obter água a 40ºC, mas não possuía um termômetro. Como ela tinha conhecimentos de Física e o termômetro instalado em frente à sua casa registrava 30ºC, resolveu fazer a seguinte experiência: em um recipiente de capacidade térmica 20 cal/°C, inicialmente à tempe­ratura ambiente, misturou uma quantidade m₁ de água em ebulição com uma quantidade m₂ de água que estava em equilíbrio térmico com gelo, obtendo a temperatura desejada. Sendo 1,0 cal/gºC o calor específico sensível da água e desprezando-se as trocas de calor com o ambiente, determine a relação entre m₁ e m₂ (expressos em gramas).

20) Na cozinha de um restaurante há dois caldei­rões com água, um a 20ºC e o outro a 80ºC. Quantos litros se deve pegar de cada um para resultarem, após a mistura, 10 ℓ de água a 26ºC?

21) Um corpo X tem massa m_X, temperatura q_X e calor específico c_X. Um corpo Y tem massa m_Y, temperatura q_Y e calor específico c_Y. Sabe-se que m_X = 2m_Y, que 2q_X = q_Y e que, postos em contato, sem troca de calor a não ser entre si, os dois corpos chegam ao equilíbrio térmico a temperatura . Neste caso, determine a razão .

22) Após ter estudado calorimetria, um aluno decide construir um calorímetro usando uma lata de refrigerante e isopor. Da latinha de alumínio removeu parte da tampa superior. Em seguida, recortou anéis de isopor, de forma que estes se encaixassem na latinha recortada, envolvendo-a perfeitamente.

Em seu livro didático, encontrou as seguintes informações:

 

 a)    Determine a capacidade térmica desse calorímetro, sabendo que a massa da latinha após o recorte realizado era de 15.10⁻³ kg.

b)    Como a capacidade térmica do calorímetro era muito pequena, decidiu ignorar esse valor e então realizou uma previsão experimental para o seguinte problema:

Determinar a temperatura que deve ter atingido um parafuso de ferro de 0,1 kg aquecido na chama de um fogão.

Dentro do calorímetro, despejou 0,2 L de água. Após alguns minutos, constatou que a temperatura da água era de 19ºC. Aqueceu então o parafuso, colocando-o em seguida no interior do calorímetro. Atingido o equilíbrio térmico, mediu a temperatura do interior do calorímetro, obtendo 40ºC. Nessas condições, supondo que houvesse troca de calor apenas entre a água e o parafuso, determine aproximadamente a temperatura que este deve ter atingido sob o calor da chama do fogão.