Física
7ª aula
Calorimetria (III)
Borges e Nicolau
Princípio geral das trocas de calor
Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula.
Equação fundamental da calorimetria
Em que m é a massa, c é o calor específico e ?? é a variação de temperatura.
O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade de calor que faz variar em 1 ºC a temperatura da massa de 1 g da substância.
Unidade usual: cal/g.ºC
O equivalente em água de um corpo é a massa de água cuja capacidade térmica é igual à do corpo.
O calorímetro é um recipiente onde costumam ser colocados os corpos em experiências de trocas de calor. Os calorímetros devem ser isolados termicamente do ambiente e apresentar baixa capacidade térmica.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Uma piscina contém 60 m3 de água. Durante a noite a temperatura da água sofre uma variação passando de 20 ºC a 15 ºC. Qual é, em módulo, a quantidade de calor perdida pela água ao longo da noite? Dê a resposta em quilocalorias (kcal) e em joules (J).
Dados:
calor específico da água 1 cal/g.ºC
densidade da água é 1 kg/L
1 cal = 4,18 J
Resolução: clique aqui
Exercício 2:
Por um chuveiro passam 6 litros de água por minuto, de modo que a temperatura da água aumenta de 15 ºC a 30 ºC. Qual é, em kW, a potência do chuveiro?
Dados:
Calor específico da água = 1 cal/g.ºC
Densidade da água = 1 kg/L
1 cal = 4 J
Resolução: clique aqui
Exercício 3:
Dois blocos de mesmo metal e de massas iguais a 1000 g, encontram-se a uma certa temperatura ?. Um dos blocos é colocado em um recipiente de capacidade térmica desprezível e que contém 300 g de água a 10 ºC. A temperatura final de equilíbrio é de 20 ºC. O outro bloco é colocado em um novo recipiente, também de capacidade térmica desprezível e que contém 200 g de água a 15 ºC. A temperatura final do conjunto estabiliza-se a 25 ºC.
Determine:
a) O calor específico do metal que constitui os blocos.
b) A temperatura inicial ? dos blocos.
Dado:
calor específico da água = 1 cal/g.ºC
Resolução: clique aqui
Exercício 4:
Três líquidos, A, B e C, de massas mA, mB e mC encontram-se respectivamente
a 12 ºC, 20 ºC e 24 ºC. Se misturássemos os líquidos A e B, a temperatura final de equilíbrio seria de 18 ºC . Por outro lado, se misturássemos os líquidos B e C teríamos no equilíbrio térmico a temperatura de 22 ºC. Qual seria a temperatura de equilíbrio térmico da mistura de A com C?
Resolução: clique aqui
Exercício 5:
Num calorímetro a 20 ºC, misturam-se 100 g de água a 30 ºC com 200 g de óleo a 60xºC. Atingido o equilíbrio térmico constata-se que a temperatura final é de 40 ºC.
Qual é o equivalente em água do calorímetro?
Dados:
calor específico da água = 1 cal/g.ºC
calor específico do óleo = 0,5 cal/g.ºC
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex 1:
(CEFET-AL)
Um estudante estava fazendo um experimento com uma fonte térmica que fornece calor à razão de 100 cal/min. A experiência consistia em aquecer um corpo de 500 g, depois construir um gráfico da temperatura T do corpo em função do tempo t e, finalmente, determinar o calor específico do material que constitui o corpo. Considerando que o gráfico obtido foi o da figura abaixo, qual das opções a seguir representa o calor específico do material que constitui o corpo?
A) 0,02 cal/g.ºC
B) 0,12 cal/g.ºC
C) 0,18 cal/g.ºC
D) 0,21 cal/g.ºC
E) 0,25 cal/g.ºC
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Revisão/Ex 2:
(UFU-MG)
Um galão contendo 1 m3 de água deve ser aquecido por um aquecedor solar, cuja placa coletora é de 4,0 m2. Sabendo que a intensidade da radiação solar transferida para o galão é de 400 W/m2, faça o que se pede.
Dados: massa específica da água = 103 kg/m3 e considere o calor específico
da água = 4000 J/kg.ºC
A) Calcule a massa de água a ser aquecida no galão.
B) Calcule o tempo necessário para aquecer a água de 20 ºC a 60 ºC.
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Revisão/Ex 3:
(UFGD)
No vestibular da UFGD, um candidato levou duas garrafas de água de 500 ml para tomar durante a prova de 4 horas de duração. No início da prova, as garrafas de água estavam a 2 ºC. A temperatura da sala manteve-se constante em 26 ºC. O fluxo de calor entre as garrafas e a sala é constante e da ordem de 15 W. Considerando que o candidato consumiu apenas uma garrafa de água, após quanto tempo, aproximadamente, a garrafa fechada entra em equilíbrio térmico com a sala?
Dados: cágua = 4,2.103 J/kg.K
(A) O tempo será maior do que a duração da prova.
(B) 11 minutos.
(C) 0,8 minutos.
(D) 1 hora e 45 minutos.
(E) 56 minutos.
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Revisão/Ex 4:
(UEA-AMAZONAS)
O aquecimento solar de água para banho é uma solução energética ecológica e econômica. Sistemas como esses, em dias de baixa insolação, devem compensar a falta de insolação solar com o acionamento de resistores elétricos dentro dos boilers, recipientes dentro dos quais a água é mantida aquecida. Um desses boilers, de capacidade 100 L, reteve a água a 24 º C e, por isso, um termostato teve que acionar o resistor elétrico para que a temperatura fosse elevada para 32 ºC. Sendo o calor específico da água 1 cal/(g.ºC), 1 cal igual 4,2 J e a densidade da água igual a 103xg/L, a energia elétrica, em J, que teve de ser empregada para promover esse aquecimento foi, aproximadamente,
(A) 420.000.
(B) 860.000.
(C) 3.400.000.
(D) 3.800.000.
(E) 5.300.000.
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Revisão/Ex 5:
(UFPI)
Um aquecedor tem potência útil constante de 500 W. Ele é usado para elevar de 10 ºC a temperatura de uma panela de alumínio, que contém 1 litro de água à temperatura ambiente. A panela tem massa de 1 kg. O tempo gasto para esse aquecimento é dado, aproximadamente, por
Dados: calor específico da água cágua = 1 cal/g.ºC; calor específico do alumínio cal = 0,22 cal/g.ºC; densidade da água ? = 103 kg/m3; 1 cal = 4,18 J.
A) 0,7 min
B) 1,7 min
C) 2,7 min
D) 3,7 min
E) 4,7 min
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Calorimetria (III) Borges e Nicolau Princípio geral das trocas de calor Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula. QA + QB...
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Calorimetria (II) Borges e Nicolau Vamos recordar a aula da semana passada. Equação fundamental da calorimetria Um corpo de massa m recebe uma quantidade de calor sensível Q e sofre uma variação de temperatura ?? = ?2 - ?1. Verifica-se, por meio...
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Calorimetria (III) Borges e Nicolau Princípio geral das trocas de calor Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula. QA + QB...
Física
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7ª aula
Calorimetria (III)
Borges e Nicolau
Princípio geral das trocas de calor
Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula.
QA + QB + QC +... = 0
Equação fundamental da calorimetria
Q = m.c.??
Em que m é a massa, c é o calor específico e ?? é a variação de temperatura.
O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade de calor que faz variar em 1 ºC a temperatura da massa de 1 g da substância.
Unidade usual: cal/g.ºC
O equivalente em água de um corpo é a massa de água cuja capacidade térmica é igual à do corpo.
O calorímetro é um recipiente onde costumam ser colocados os corpos em experiências de trocas de calor. Os calorímetros devem ser isolados termicamente do ambiente e apresentar baixa capacidade térmica.
Exercícios básicos
Exercício 1:
Uma piscina contém 60 m3 de água. Durante a noite a temperatura da água sofre uma variação passando de 20 ºC a 15 ºC. Qual é, em módulo, a quantidade de calor perdida pela água ao longo da noite? Dê a resposta em quilocalorias (kcal) e em joules (J).
Dados:
calor específico da água 1 cal/g.ºC
densidade da água é 1 kg/L
1 cal = 4,18 J
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Exercício 2:
Por um chuveiro passam 6 litros de água por minuto, de modo que a temperatura da água aumenta de 15 ºC a 30 ºC. Qual é, em kW, a potência do chuveiro?
Dados:
Calor específico da água = 1 cal/g.ºC
Densidade da água = 1 kg/L
1 cal = 4 J
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Exercício 3:
Dois blocos de mesmo metal e de massas iguais a 1000 g, encontram-se a uma certa temperatura ?. Um dos blocos é colocado em um recipiente de capacidade térmica desprezível e que contém 300 g de água a 10 ºC. A temperatura final de equilíbrio é de 20 ºC. O outro bloco é colocado em um novo recipiente, também de capacidade térmica desprezível e que contém 200 g de água a 15 ºC. A temperatura final do conjunto estabiliza-se a 25 ºC.
Determine:
a) O calor específico do metal que constitui os blocos.
b) A temperatura inicial ? dos blocos.
Dado:
calor específico da água = 1 cal/g.ºC
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Exercício 4:
Três líquidos, A, B e C, de massas mA, mB e mC encontram-se respectivamente
a 12 ºC, 20 ºC e 24 ºC. Se misturássemos os líquidos A e B, a temperatura final de equilíbrio seria de 18 ºC . Por outro lado, se misturássemos os líquidos B e C teríamos no equilíbrio térmico a temperatura de 22 ºC. Qual seria a temperatura de equilíbrio térmico da mistura de A com C?
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Exercício 5:
Num calorímetro a 20 ºC, misturam-se 100 g de água a 30 ºC com 200 g de óleo a 60xºC. Atingido o equilíbrio térmico constata-se que a temperatura final é de 40 ºC.
Qual é o equivalente em água do calorímetro?
Dados:
calor específico da água = 1 cal/g.ºC
calor específico do óleo = 0,5 cal/g.ºC
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Exercícios de revisão
Revisão/Ex 1:
(CEFET-AL)
Um estudante estava fazendo um experimento com uma fonte térmica que fornece calor à razão de 100 cal/min. A experiência consistia em aquecer um corpo de 500 g, depois construir um gráfico da temperatura T do corpo em função do tempo t e, finalmente, determinar o calor específico do material que constitui o corpo. Considerando que o gráfico obtido foi o da figura abaixo, qual das opções a seguir representa o calor específico do material que constitui o corpo?
A) 0,02 cal/g.ºC
B) 0,12 cal/g.ºC
C) 0,18 cal/g.ºC
D) 0,21 cal/g.ºC
E) 0,25 cal/g.ºC
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Revisão/Ex 2:
(UFU-MG)
Um galão contendo 1 m3 de água deve ser aquecido por um aquecedor solar, cuja placa coletora é de 4,0 m2. Sabendo que a intensidade da radiação solar transferida para o galão é de 400 W/m2, faça o que se pede.
Dados: massa específica da água = 103 kg/m3 e considere o calor específico
da água = 4000 J/kg.ºC
A) Calcule a massa de água a ser aquecida no galão.
B) Calcule o tempo necessário para aquecer a água de 20 ºC a 60 ºC.
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Revisão/Ex 3:
(UFGD)
No vestibular da UFGD, um candidato levou duas garrafas de água de 500 ml para tomar durante a prova de 4 horas de duração. No início da prova, as garrafas de água estavam a 2 ºC. A temperatura da sala manteve-se constante em 26 ºC. O fluxo de calor entre as garrafas e a sala é constante e da ordem de 15 W. Considerando que o candidato consumiu apenas uma garrafa de água, após quanto tempo, aproximadamente, a garrafa fechada entra em equilíbrio térmico com a sala?
Dados: cágua = 4,2.103 J/kg.K
(A) O tempo será maior do que a duração da prova.
(B) 11 minutos.
(C) 0,8 minutos.
(D) 1 hora e 45 minutos.
(E) 56 minutos.
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Revisão/Ex 4:
(UEA-AMAZONAS)
O aquecimento solar de água para banho é uma solução energética ecológica e econômica. Sistemas como esses, em dias de baixa insolação, devem compensar a falta de insolação solar com o acionamento de resistores elétricos dentro dos boilers, recipientes dentro dos quais a água é mantida aquecida. Um desses boilers, de capacidade 100 L, reteve a água a 24 º C e, por isso, um termostato teve que acionar o resistor elétrico para que a temperatura fosse elevada para 32 ºC. Sendo o calor específico da água 1 cal/(g.ºC), 1 cal igual 4,2 J e a densidade da água igual a 103xg/L, a energia elétrica, em J, que teve de ser empregada para promover esse aquecimento foi, aproximadamente,
(A) 420.000.
(B) 860.000.
(C) 3.400.000.
(D) 3.800.000.
(E) 5.300.000.
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Revisão/Ex 5:
(UFPI)
Um aquecedor tem potência útil constante de 500 W. Ele é usado para elevar de 10 ºC a temperatura de uma panela de alumínio, que contém 1 litro de água à temperatura ambiente. A panela tem massa de 1 kg. O tempo gasto para esse aquecimento é dado, aproximadamente, por
Dados: calor específico da água cágua = 1 cal/g.ºC; calor específico do alumínio cal = 0,22 cal/g.ºC; densidade da água ? = 103 kg/m3; 1 cal = 4,18 J.
A) 0,7 min
B) 1,7 min
C) 2,7 min
D) 3,7 min
E) 4,7 min
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7ª aula Calorimetria (III) Borges e Nicolau Princípio geral das trocas de calor Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula. ...
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Calorimetria (II) Borges e Nicolau Vamos recordar a aula da semana passada. Equação fundamental da calorimetria Um corpo de massa m recebe uma quantidade de calor sensível Q e sofre uma variação de temperatura ?? = ?2 - ?1. Verifica-se, por meio...
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Calorimetria (III) Borges e Nicolau Princípio geral das trocas de calor Se dois ou mais corpos trocam calor entre sí, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula. QA + QB...