Exercícios de calorimetria

Exercícios de calorimetria

1) (FUVEST) Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120J/s. Uma “caloria alimentar” (1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0 x 10³J. Para nos mantermos saudáveis, quantas “calorias alimentares” devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos?  

a) 33

b) 120

c) 2,6x10³ 

d) 4,0 x10³

e) 4,8 x10⁵       

Resposta

P = Q / t   , onde Q está em Joules (J) e t em segundos.

Se um ser humano consome 120 J em 1 segundo, quanto ele consumirá em 86400 segundos ( 1 dia).

120J -----------1s
X-----------86400s

Multiplicando cruzado, temos:

X = 120 . 86400

X = 10368000 J

Agora temos que passar isto para kcal, ou seja, outra regra de três:

1kcal----------------- 4,0 x 10³J

Y-----------------------------10368000J

Y = 10368000 / 4,0 x 10³J

Y = 2592 kcal

Colocando em notação científica:

Y = 2,6x 10³ kcal. Letra C

2) (MACKENZIE) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºC, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é:  

a) 500

b) 600

c) 700

d) 800

e) 900       

Resposta

P = Q/t

A potência é dada e vale 150cal/s, o tempo também é dado e vale 240s, e o Q é o calor sensível, ou seja Q = mc(T-T0), logo substituindo:

P = mc(T-T0)/t

m = P.t/ c(T-T0)

m = 150.240/1,0.(60-20)

m = 900g   Letra e

3) (UFPR) Durante o eclipse, em uma das cidades na zona de totalidade, Criciúma-SC, ocorreu uma queda  de temperatura de 8,0ºC. (Zero Horas – 04/11/1994) Sabendo que o calor específico sensível da água é 1,0 cal/gºC, a quantidade de calor liberada por 1000g de água, ao reduzir sua temperatura de 8,0ºC, em cal, é:  

a) 8,0

b) 125

c) 4000

d) 8000

e) 64000      

Resposta

Q = mc(T-T0)

A temperatura cai 8,0°C, ou seja, T - T0 = 8,0°C

Q = 1000.1.8

Q = 8000 cal

5) (UFSE) A tabela abaixo apresenta a massa m de cinco objetos de metal, com seus respectivos calores específicos sensíveis c. 

METAL	c(cal/gºC)	m(g)
Alumínio	0,217	100
Ferro	0,113	200
Cobre	0,093	300
Prata	0,056	400
Chumbo	0,031	500

O objeto que tem maior capacidade térmica é o de: 

a) alumínio

b) ferro

c) chumbo

d) prata

e) cobre     

Resposta

Bem, a quantidade de calor é calculada da seguinte forma:

Q = mc(T-T0),

 porém o fator "mc" é conhecido como capacidade calorífica do corpo, uma vez que é medido a quantitadade de calor, por variação de temperatura. Assim a equação fica:

Q = C (T-T0), onde C (maiúsculo é a capacidade térmica).

Assim: C = mc, logo calculando a Capacidade térmica para todos os elementos citados à cima, podemos distinguir aquele que tem a maior capacidade térmica:

Calumínio= 0,217 . 100 = 21,7 cal/°C

Cferro=0,113 . 200 = 22,6 cal/°C

CCobre= 0,093 . 300 = 27,9 cal/°C

CPrata= 0,056 . 400 = 22,4 cal/°C

Cchumbo = 0,031 . 500 = 15,5 cal/°C

Assim podemos ver que o maior valor de capacidade térmica é o Cobre, letra E.

6) (MACKENZIE) Um bloco de cobre (c = 0,094 cal/gºC) de 1,2kg é colocado num forno até atingir o equilíbrio térmico. Nessa situação, o bloco recebeu 12 972 cal. A variação da temperatura sofrida, na escala Fahrenheit, é de: 

a) 60ºF 

b) 115ºF  

c) 207ºF 

d) 239ºF

e) 347ºF  

Resposta

Q = mc(T-T0)

12 972 = 1200.0,094.(T-T0)

(T-T0) = 12972 / 112,8

(T-T0) = 115°C

Convertendo isso em Fahrenheit:

(C/5) = (F-32) / 9 

(115 / 5) = (F-32) / 9

F - 32 = 9. 23 

F = 207 + 32

F = 239 °F

Letra d

7) (MACKENZIE) Quando misturamos 1,0kg de água (calor específico sensível = 1,0cal/g°C) a 70° com 2,0kg de água a 10°C, obtemos 3,0kg de água a:  

      a) 10°C

      b) 20°C

      c) 30°C

      d) 40°C

      e) 50°C   

Resposta

Bem a quantidade de calor cedida pela água mais quente (à 70°C), será a mesma quantidade de calor recebida pela água mais fria (à 10°C), assim:

Q1 + Q2 = 0

Q1 = 1000.1,0(T - 70)

Q2 = 2000.1,0 (T - 10)

logo:

1000(T-70) + 2000(T-10) = 0

1000(T-70) = - 2000(T-10)

T - 70 = -2000(T-10)/1000

T - 70 = -2 (T-10)

T - 70 = -2T +20

T + 2 T = 20 + 70

3T = 90

T = 30°C

Letra C

Lembrar sempre em por a massa em gramas.

8 )  (PUCCAMP) Uma barra de cobre de massa 200g é retirada do interior de um forno, onde estava em equilíbrio térmico, e colocada dentro de um recipiente de capacidade térmica 46cal/°C que contém 200g de água a 20°C. A temperatura final de equilíbrio é de 25°C. A temperatura do forno, em °C, é aproximadamente igual a: Dado: C_Cu = 0,03 cal/g°C  

      

      Resposta

Utilizando a mesma lógica do exercício 5, resolveremos este, porém agora o recipiente participa da troca de calor, logo:

Q1 + Q2 + Q3 = 0

Q1 = 200.0,03 (25-T0)

Q2 = 46(25-20) =230 cal (uma vez que 46 é a capacidade térmica e não o calor específico)

Q3 = 200.1.(25-20) = 1000cal

Assim:

6(25-T0)+230+1000=0

150 - 6T0 = -1230

- 6T0 = - 1230 - 150

- 6T0 = -1380

T0 = -1380/(-6)

T0 = 230°C