Caiu no vestibular

Hoje temos questões de Calorimetria e Mudança de estado de agregação. Continue conosco. Mais questões virão, uma mais interessante do que a outra.

Questão 1:

UEA (Universidade do Estado do Amazonas)
Um recipiente ideal, termicamente isolado, contém 200 gramas de água a 20 °C, em que são mergulhados 50 gramas de gelo, inicialmente a –40 °C. O calor específico da água é 1,0 e do gelo é 0,5, ambos em cal/(g.°C), enquanto o calor latente de fusão do gelo, a 0 °C, é 80 cal/g. Após o estabelecimento do equilíbrio térmico na amostra, é correto afirmar que

(A) restarão 5,5 gramas de gelo.
(B) o gelo irá se fundir completamente.
(C) o gelo não sofrerá fusão.
(D) restarão 12,5 gramas de gelo.
(E) restarão 15,5 gramas de gelo.

Resolução:

Para este tipo de exercício é interessante fazer uma análise previa que consiste em levar todos os componentes da mistura a 0°C:

a) a água ao ser resfriada de 20 °C a 0 °C, fornece a seguinte quantidade de calor, em módulo:

IQI = mc.IΔθI => IQI = 200.1.I0-20I => IQI = 4000 cal

b) O gelo necessita da seguinte quantidade de calor para ser aquecido de -40°C a 0°C 

Q = mc.Δθ => Q = 50.0,5.[0-(-40)] => Q = 1000 cal

c) O gelo necessita da seguinte quantidade de calor para derreter:

Q = m.L_f => Q = 50.80 => Q = 4000 cal

d) Conclusão:

A água fornece 4000 cal ao ser resfriada de 20 °C a 0 °C. O gelo para ser aquecido necessita de 1000 cal. Sobram 3000 cal. Como o gelo necessita de 4000 cal para derreter, concluímos que nem todo gelo derrete. Isto significa que a temperatura final é de 0°C. 

Vamos calcular a massa de gelo que derrete:

Q = M.L_f => 3000 = M.80 => M = 37,5 g

Restam: 50g - 37,5g = 12,5 g de gelo a 0°C

Resposta: (D)

Questão 2:

(UNESP)
A energia contida nos alimentos

Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto.

Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 °C para 87 °C. Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1 cal/(g°C) e que apenas 60 % da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m em gramas, de água aquecida era igual a

a) 10 000.
b) 5 000.
c) 12 500.
d) 7 500.
e) 2 500.

Resolução:

Cálculo da quantidade total de calor (Q) liberada na combustão de 150 g de castanha de caju.

15 g ––––– 90 kcal
150 g –––– Q

Q = 900 kcal = 900.10³ cal

Como apenas 60% da energia liberada na combustão foi efetivamente utilizada para aquecer a água,temos:

900.10³.60% = mc.Δθ
900.10³.0,60 = m.1,0.(87–15)
m = 7500 g
 
Resposta: (d)

Questão 3:

(FEI) 
Em um recipiente de capacidade térmica C = 50 cal/ºC, isolado do ambiente, estão 100 g de água a 40 ºC em equilíbrio térmico. Dentro deste recipiente foram colocados 80 g de gelo a -20 ºC. Após o novo equilíbrio térmico, qual é a temperatura da mistura?

Dados: 
calor latente de fusão do gelo L = 80 cal/g
calor específico da água c_a = 1 cal/g ºC
calor específico do gelo c_g = 0,5 cal/g ºC

(A) -5 ºC
(B) 5 ºC
(C) 0 ºC
(D) 10 ºC
(E) 15 ºC

Resolução:

A resolução deste exercício é análoga à do exercício 1.

a) O calorímetro e a água ao serem resfriados de 40°C a 0°C, fornecem a seguinte quantidade de calor, em módulo:

IQI = C.IΔθI + mc_gIΔθI => IQI = 50.I0-40I + 100.1.I0-40I => IQI = 6000 cal

b) O gelo necessita da seguinte quantidade de calor para ser aquecido de -20°C a 0°C:

Q = mc.Δθ => Q = 80.0,5.[0-(-20)] => Q = 800 cal

c) O gelo necessita da seguinte quantidade de calor para derreter:

Q = m.L_f => Q = 80.80 => Q = 6400 cal

d) Conclusão: 

A água e o calorímetro fornecem 6000 cal ao serem resfriados de 40° C a 0°C. O gelo para ser aquecido necessita de 800 cal. Sobram 5200 cal. Como o gelo necessita de 6400 cal para derreter, concluímos que nem todo gelo derrete. Isto significa que a temperatura final é de 0°C, pois coexistem gelo e água líquida.

Resposta: (C)

Questão 4:

(Fatec)
Em uma aula da disciplina de Física no curso de Soldagem da Fatec, o docente responsável retoma com os alunos um tópico visto por eles no Ensino Médio. Explica como efetuar a análise de um gráfico de mudança de estado de uma determinada substância pura hipotética. Para isso, basta avaliarmos as grandezas físicas representadas nos eixos e o gráfico formado pela relação entre essas grandezas. Nesse gráfico, o trecho que apresenta inclinação indica mudança de temperatura por absorção de energia, e o que apresenta platô (trecho horizontal) indica mudança de estado por absorção de energia.

Após essa explicação, ele pergunta aos alunos qual foi a quantidade total de energia absorvida pela substância entre o fim da mudança de estado para o líquido, até o fim da mudança de estado para o gasoso.

A resposta correta a essa pergunta, em calorias, é

a) 2 000.
b) 4 000.
c) 6 000.
d) 10 000.
e) 14 000.

Resolução:

No gráfico abaixo indicamos o fim da mudança para o estado líquido, até o fim da mudança para o estado gasoso.

Q = 14000cal – 4000cal => Q = 10000 cal

Resposta: d