Exercícios de Transferência de Calor - Lista de Exercícios Resolvida

Um estudante assistindo uma aula de física produz um calor de .

Qual a quantidade de calor produzida por uma turma de 90 alunos em 50 minutos de aula?

Suponha que todo calor produzido em seja transferido para de ar no auditório. O calor específico do ar é e a sua densidade é . Qual o aumento da temperatura do auditório, desprezando as outras perdas de calor?

Quando os alunos estão fazendo prova, o calor produzido por cada um é de . Qual seria o aumento da temperatura do auditório nesse caso?

Que massa de água permanece no estado líquido depois que são transferidos na forma de calor a partir de de água inicialmente no ponto de congelamento? Sabendo que o .

Uma amostra de é colocada em um sistema de resfriamento que remove calor a uma taxa constante. A figura abaixo indica a temperatura da amostra em função do tempo ; a escala do eixo horizontal é definida por . A amostra congela durante o processo. O calor específico da amostra no estado líquido inicial é . Determine o calor de fusão da amostra e o calor específico da fase sólida.

Quantos cubos de gelo de , cuja temperatura inicial é de , precisam ser colocados em de chá quente, cuja temperatura inicial é de , para que a mistura final tenha a temperatura de ? Suponha que todo o gelo estará derretido ao fim do processo e que o calor específico do chá seja igual ao da água.

Dados:

Calor específico da água:

Calor específico do gelo:

Calor Latente de fusão do gelo:

Densidade da água:

Uma tigela de cobre de contém de água em equilíbrio térmico a . Um cilindro de cobre de com temperatura muito elevada é posto dentro da água. Isto faz com que a água ferva convertendo de água em vapor, e faz com que a temperatura final do sistema todo fique igual a .

Dados:

Calor específico do cobre: = Calor específico da água: Calor latente de ebulição da água

Qual foi a quantidade de calor transferida para a água?

Qual a quantidade de calor transferida para a tigela?

Qual era a temperatura original do cilindro?

Uma jarra com litros de limonada ficou sobre uma mesa de piquenique durante todo o dia e atingiu a temperatura de . Você despeja dessa limonada ( em um copo de isopor, adiciona 2 cubos de gelo(cada um com a e tampa. Supondo que nenhum calor seja trocado com o ambiente, determine:

A temperatura final da limonada.

A temperatura final se você adicionar seis cubos de gelo, ao invés de só dois.

Dados:

A capacidade calorífica molar de uma substância, a pressão constante, varia com a temperatura de acordo com a equação:

Quantas calorias são necessárias para mudar a temperatura de 10 a para , mantida a pressão constante.

Que valor de energia deve ser removido de um bloco de gelo de a fim de resfriá-lo de para ? Sabendo que e

Calcule o calor específico de um material, um metal, a partir dos seguintes dados: Um recipiente feito de metal com uma massa de 9,6contêm 11 de água. Uma peça de 7,8 deste metal, inicialmente a , é colocado dentro da água. O recipiente e água tinham inicialmente uma temperatura de e a final do sistema foi .

Dados:

Calor específico da água:

Uma certa substância tem uma massa por mol de . Quando são adcionados em forma de calor a uma amostra de , a temperatura da amostra sobe de para . Quais sãoo calor específico e o calor específico molar da substância? Quantos mols estão presentes na amostra?

Uma caixa de isopor contendo de gelo a , troca calor com o meio ambiente a

uma taxa constante de . O calor de fusão da água a pressão atmosférica é .

Quanto tempo demora o gelo para se derreter completamente?

Que temperatura alcançaria a água se continuasse recebendo calor com a mesma taxa por um tempo igual ao calculado no item anterior? (o calor específico da água é .)

A vaporização do suor é um mecanismo de controle da temperatura de animais de sangue quente. (Dados: o calor de vaporizaçãoo da água a , ; o calor específico típico do corpo humano, ; e a densidade da água, .)

Qual a quantidade de água que a pele de um homem de deve evaporar para que a temperatuda de seu corpo diminua de ?

Qual é o volume de água que o homem deve beber para repor a água vaporizada? Compare com uma lata de refrigerantes.

Uma jarra com litros de limonada ficou sobre uma mesa de piquenique durante todo o dia e atingiu a temperatura de . Você despeja dessa limonada ( em um copo de isopor, adiciona 2 cubos de gelo(cada um com a e tampa. Supondo que nenhum calor seja trocado com o ambiente, determine:

1. A temperatura final da limonada.
2. A temperatura final se você adicionar seis cubos de gelo, ao invés de só dois.

Dados:

Sabemos que o calor específico da água é maior que o do ferro. Considere duas amostras com massas iguais de ferro e água, que estão à mesma temperatura , cada uma em um recipiente isolado termicamente do resto do ambiente. Se a mesma quantidade de calor  é injetada em cada sistema separadamente, o que podemos afirmar?

 As  substâncias permanecerão à mesma temperatura inicial .

 Os  substâncias não permanecerão à temperatura , e o ferro estará mais quente que a água.

 Os  substâncias não permanecerão à temperatura , e a água estará mais quente que o ferro.

 É impossível dizer algo sem saber as massas das substâncias.

 É impossível dizer algo sem saber os calores específicos das substâncias.

Seja um copo com de água a Despreze a capacidade térmica do copo e considere que o sistema esteja isolado. Adiciona-se de gelo a e espera-se que o sistema atinja o equilíbrio térmico. Sabendo que o calor latente de fusão da água é aproximadamente de e que o calor latente de vaporização é aproximadamente de , o calor necessário pra ferver a água do copo, de modo que ela evapore completamente, é igual a:

Uma amostra de 2,0 mols de gás monoatômico A possui 8000 J de energia térmica. Ela interage termicamente com 3,0 mols de outro gás monoatômico B, que inicialmente possui 9000 J de energia térmica. Qual das afirmações abaixo é verdadeira?

1. O gás A estava inicialmente mais quente e a temperatura de equilíbrio térmico é 281K
2. O gás A estava inicialmente mais quente e a temperatura de equilíbrio térmico é 273K
3. O gás A estava inicialmente mais frio e a temperatura de equilíbrio térmico é 281K
4. O gás A estava inicialmente mais frio e a temperatura de equilíbrio térmico é 273K
5. Os gases A e B inicialmente já estavam em equilíbrio térmico

Um cubo inteiramente de gelo a pesando é imerso em uma certa quantidade de água que pesa e está a uma temperatura de . Sabendo que o calor específico da água vale , o calor específico do gelo vale e o calor latente de fusão do gelo é de , encontre a temperatura final de equilíbrio deste sistema, considerando que ele encontra-se isolado termicamente.

.

.

.

.

O objeto A, de massa M, inicialmente à temperatura de fusão , é colocado em contato térmico com o objeto B, com uma capacidade térmica e inicialmente à temperatura ( > ), em um recipiente termicamente isolado. O calor de fusão da substância A é L e a capacidade térmica do objeto A no estado líquido é . Se o objeto A passa totalmente ao estado líquido, a temperatura final dos objetos A e B é:

a) ;

b) ;

c) ;

d) ;

e) ;

Uma pessoa faz chá gelado adicionando gelo a de chá quente, inicialmente a . Quantos kg de gelo, inicialmente a , são necessários para levar a mistura a ? O calor latente de fusão do gelo é de , e podemos considerar que o chá tem essencialmente as mesmas propriedades térmicas da água, por isso, seu calor específico é .

Calor é adicionado a uma amostra sólida de 1,0 kg de um material que inicialmente se encontra a 200°C. A figura mostra a temperatura do material como uma função da adição de calor.

Qual é o calor específico desta substância no seu estado sólido?

Um calorímetro de capacidade térmica contem de água (calor específico ) a . Ao se colocar um bloco metálico de capacidade térmica , a , no interior desse calorímetro, verificou-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é . A quantidade de calor perdida para o ambiente, nesse processo foi de:

Até o final do século XVIII, ainda sobre as asas da revolução industrial, muitos acreditavam que o calor era uma propriedade dos corpos, que as possuíam em quantidade finita. Atualmente, consideram o calor uma forma de:

a) temperatura

b) pressão

c) força

d) nenhuma das respostas anteriores

e) energia em trânsito

Calor é a energia que se transfere de um corpo para o outro sob determinada condição. Para essa transferência de energia é necessário que entre os corpos exista.

1. Ar ou gás qualquer
2. Contato mecânico rígido
3. Vácuo
4. Uma diferença de temperatura
5. Nenhuma das respostas

No interior de um calorímetro ideal, contendo inicialmente 400 g de gelo à temperatura de -20°C, são colocados 500 g de água à temperatura de 90°C. Considere-se que o calor específico do gelo é 0,5 cal/g°C e que o calor latente de solidificação da água é -80 cal/g. A temperatura final de equilíbrio no interior do calorímetro é de:

O escaravelho africano Stenaptinus insignis é capaz de jorrar substâncias químicas pela extremidade móvel de seu abdômen; seu corpo possui reservatórios com duas substâncias diferentes, quando sente que está sendo ameaçado, esse pequeno animalzinho jorra essa substância que é misturada em uma câmara de reação, produzindo um composto que varia sua temperatura de para até pelo calor da reação, tendo uma alta pressão. Sabendo-se que o calor específico do composto disparado é igual a e sua é massa é , o calor da reação das substâncias é igual a:

Dados :

Um pedaço de gelo () é adicionado a um recipiente termicamente isolado contendo água fria a . O que acontece no recipiente?

A) Parte ou toda a água congela até o que o equilíbrio térmico seja estabelecido, e o volume total diminui

B) Parte ou toda a água congela até o que o equilíbrio térmico seja estabelecido, e o volume total não muda

C) Parte ou toda a água congela até o que o equilíbrio térmico seja estabelecido, e o volume total aumenta

D) Parte ou todo o gelo derrete até o que o equilíbrio térmico seja estabelecido, e o volume total aumenta

E) Parte ou todo o gelo derrete até o que o equilíbrio térmico seja estabelecido, e o volume total diminui

Quantas calorias são necessárias para transformar de gelo a em vapor a ? O calor de fusão do gelo é , o calor de vaporização da água é e o calor específico da água é .

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Um objeto , com uma capacidade térmica e inicialmente a temperatura , é colocado em contato térmico com o objeto , com uma capacidade térmica e inicialmente à temperatura , em um recipiente termicamente isolado. Se as capacidades térmicas não variam com a temperatura e não ocorrem transformações de fase, a temperatura final dos dois objetos é:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Sabemos que o calor específico da água é maior que o do ferro. Considere duas amostras com massas iguais de ferro e água, que estão à mesma temperatura T, cada uma em um recipiente isolado termicamente do resto do ambiente. Se a mesma quantidade de calor Q = 100 J é injetada em cada sistema separadamente, o que podemos afirmar sobre as duas amostras?

A) Elas permanecerão à mesma temperatura inicial T.

B) Elas não permanecerão à temperatura T, e o ferro estará mais quente que a água.

C) Elas não permanecerão à temperatura T, e a água estará mais quente que o ferro.

D) Elas não permanecerão à temperatura T, e estarão ambas à mesma temperatura final.

E) É impossível dizer algo sem saber os calores específicos das amostras.

Em qual das situações abaixo o calor é transportado por convecção:

A) Um disco é aquecido a 800ºC em um forno a vácuo.

B) O ar condicionado resfriando a sala de aula.

C) Um elemento resistivo é usado para aquecer uma placa de metal.

D) Enquanto um atleta disputa uma prova, o calor gerado no corpo do atleta passa por células adiposas antes de chegar à pele.

E) A temperatura de uma frigideira de ferro fundido aumenta quando a frigideira é deixada no sol.

Um recipiente que contém 1,2 kg de água a é colocado num congelador mantido a . A água congela e entra em equilíbrio térmico com o interior do congelador. Quanto calor é (aproximadamente) extraído da água nesse processo?

A) 48 kJ

B) 170 kJ

C) 400 kJ

D) 550 kJ

E) 348 kJ

Dados:

Uma parede composta de três camadas (de mesma espessura) de materiais A, B e C separa dois reservatórios térmicos com temperaturas e . No regime estacionário, o perfil de temperatura na parede pode ser representado pela figura. Sabendo que , e representam as quantidades de calor que passam através das interfaces indicadas na figura, , e são as condutividades térmicas dos materiais e e as temperaturas nas interfaces 2 e 3, podemos escrever que:

(a) , e

(b) , e

(c) , e

(d) , e

(e) , e

(f) , e

Uma massa de um metal tem sua temperatura aumentada até sua temperatura de fusão, por um forno de potência . Se a potência do forno é mantida por um tempo até que o metal se liquefaça, o calor latente de fusão do metal é dado por:

a)

b)

c)

d)

e)

Uma substância se encontra em equilíbrio nas suas formas líquida e gasosa num recipiente fechado. Qual das seguintes afirmações é necessariamente verdadeira?

1. A taxa de condensação é maior do que a taxa de evaporação.
2. A temperatura do vapor é a mesma que a do líquido.
3. A temperatura do vapor é maior do que a do líquido.
4. As moléculas do líquido não têm energia suficiente para vaporizar.
5. A taxa de evaporação é maior do que a taxa de condensação.

Um objeto quente é jogado em um recipiente termicamente isolado cheio d'água e se espera até que o objeto e a água entrem em equilíbrio térmico. O experimento é repetido com dois outros objetos quentes. Os três objetos têm a mesma massa e a mesma temperatura inicial. A massa e a temperatura inicial da água são iguais nos três experimentos. A figura mostra os gráficos da temperatura do objeto (linha contínua) e da água (linha tracejada) em função do tempo para os três experimentos. Ordene os gráficos de acordo com o calor específico do objeto, em ordem decrescente.

1. a,b,c
2. b,c,a
3. a=b,c
4. a,c,b
5. c,a,b
6. c=b,a
7. b,a,c
8. c,b,a
9. a=c,b

Uma amostra de de um gás ideal é aquecida a pressão atmosférica durante 30 min. Sendo a taxa de energia adicionada ao sistema na forma de calor igual a e sabendo que, após o aquecimento o volume do gás variou de para , obtenha:

1. A quantidade de calor transferida ao gás e a variação de temperatura.
2. Os calores específicos molares a pressão constante e a volume constante .
3. O percentual de calor usado para aumentar a energia interna do gás.

Considere

O objeto B tem o dobro da capacidade térmica do objeto A. Inicialmente, o objeto A está a 300 K e o objeto B está a 450 K. Se os dois objetos são postos em contato térmico em um recipiente termicamente isolado, a temperatura final dos dois objetos é:

Escolha uma:

1. 450 K;
2. 350 K;
3. 600 K;
4. 400 K;
5. 300 K;

É possível fornecer calor a um corpo sem aumentar sua temperatura? Explique.

Um corpo A tem calor específico e se encontra a . Ele é colocado em presença de um corpo B de calor específico , que se encontra à temperatura de 60ºC. Calcule a temperatura, em , de equilíbrio térmico sabendo que as massas de A e B são, respectivamente, .

1. 45
2. 25
3. 35
4. 30
5. 40

Uma barra de determinado material com de massa deve ser aquecida de .sendo , o calor especifico do material em questão, podemos afirmar que a quantidade de calor que a barra receberá vale, em cal

1. 20000
2. 11000
3. 5000
4. 10000
5. 40000

Uma barra de determinado material com de massa deve ser aquecida de até . Sendo C o calor específico do material em questão, podemos afirmar que a quantidade de calor que a barra receberá vale, em cal:

1. 5000
2. 11000
3. 40000
4. 10000
5. 20000

Uma garrafa térmica isolada contém de água a uma temperatura de . Inserimos um cubo de gelo de a para esfriar a água. Qual é a temperatura final da mistura quando ela atinge o equilíbrio térmico?

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

Dados:

Energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (), aumentando sua temperatura de , fazendo-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a . Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de de gasolina, necessita-se de uma massa de igual a:

Dados: Poder calorífico da gasolina:

Calor especifico do

6 - Uma substância tem um ponto de fusão de e um calor latente de fusão . O ponto de ebulição é de e o calor latente de vaporização é . Os calores específicos para as fases sólida, líquida e gasosa são , e , respectivamente. A quantidade de calor liberada por da substância quando é resfriada de a , é

Considere três esferas metálicas A, B e C de capacidades térmicas e inicialmente com temperaturas . A esfera A é posta em contato primeiramente com a esfera B até que se atinja o equilíbrio térmico. Após, a esfera A é afastada da esfera B e posta em contato com a esfera C até que se atinja novamente o equilíbrio térmico. Ao final desses procedimentos a temperatura da esfera A será:

(a)

(b)

(c)

(d)

Para um dado processo termodinâmico, a capacidade térmica de um corpo varia com a temperatura conforme a equação Neste processo, a temperatura do corpo variou de para . O calor recebido pelo corpo no processo é dado por

1. .
2. .
3. .
4. .
5. .
6. .

Um sistema termicamente isolado é constituído por uma peça de alumínio quente e uma peça de cobre fria; o alumínio e o cobre estão em contato térmico. O calor específico do alumínio é mais que o dobro do calor específico do cobre. Qual objeto experimenta a maior variação de temperatura, em módulo, até que o equilíbrio térmico seja alcançado?

1. Alumínio
2. Cobre
3. Nenhum dos dois, ambos experimentam a mesma variação de temperatura.
4. É impossível dizer sem sabermos as massas das peças.
5. Depende do tipo de contato térmico, ou seja, depende do mecanismo de transmissão do calor.

Uma garrafa térmica isolada contém de água a uma temperatura de . Inserimos um cubo de gelo de a para esfriar a água. Qual é a temperatura final da mistura quando ela atinge o equilíbrio térmico? [ Dados: calor de fusão da água ; calor específico da água ; calor específico do gelo: .]

Um dada composto é mantido inicialmente a -100ºC e a pressão atmosférica. Considerando seu diagrama de fase mostrado na Figura ao lado, podemos afirmar que:

A) Ao aquecer este composto até temperatura ambiente mantendo a pressão inicial ocorre uma sublimação.

B) Aumentando a pressão para 5 atm e aquecendo a amostra até temperatura ambiente ocorre primeiramente uma solidificação e em seguida uma condensação.

C) Ao aumentar a pressão mantendo a temperatura inicial ocorre uma solidificação.

D) Aumentando a pressão para 67 atm e aquecendo a amostra até temperatura ambiente ocorre uma sublimação.

E) Aquecendo a amostra até temperatura ambiente e aumentando a pressão para 73 atm, ocorre uma fusão e em seguida uma ebulição.

Um pote de azeitonas é feito de vidro e sua tampa de alumínio, conforme figura.

Afim de abrir o pote à temperatura ambiente, um aluno de Física II utiliza as seguintes estratégias usando uma quantidade ilimitada de água quente a :

I. Aquece a tampa mas não aquece o vidro.

II. Aquece o vidro mas não aquece a tampa.

III. Aquece ambos, a tampa e o vidro.

Admitindo que nos três casos o aluno aguardou o equilíbrio térmico com a água quente, podemos dizer que, dessas estratégias, será(ão) eficiente(s) apenas a(s):

1. I e II.
2. II e III.
3. I.
4. III.
5. I e III.

Calor é adicionado a uma amostra sólida de 1,0 kg de um material que inicialmente se encontra a . A figura mostra a temperatura do material como uma função da adição de calor.

Qual é o calor latente de vaporização do material?

1. 50 cal/g
2. 100 cal/g
3. 150 cal/g
4. 300 cal/g
5. 450 cal/g

Quantas pedras de gelo de a você precisa colocar num jarro de um litro de água (1 l = ) a para resfriá-la até . O calor específico da água vale e o do gelo aproximadamente metade disto. O calor latente de fusão da água vale .

1. 5
2. 11
3. 20
4. 10

Um bastão de madeira e outro de metal ficam expostos ao Sol por um bom tempo. Ao tocá-los você tem a sensação que a temperatura do bastão de metal é mais alta. Isto se deve a que:

(a) A temperatura do metal é de fato maior.

(b) O calor específico do metal é menor que o da madeira.

(c) O coeficiente de condutividade térmica do metal é maior que o da madeira.

(d) O coeficiente de dilatação térmica do metal é maior que o da madeira.

Uma panela de cobre pesada com massa igual a 2kg (incluindo a tampa) está a uma temperatura de 150°C. Você despeja 0,1kg de água a 25°C no interior da panela e, a seguir, fecha rapidamente a tampa de modo que não ocorra nenhuma perda de vapor. Calcule a temperatura final da parede e seu conteúdo e determine a fase (líquida ou gasosa) da água. Suponha que não haja nenhuma perda de calor para o ambiente.

Dados:

O calor específico da água é consideravelmente maior do que o do ferro. Considere iguais massas de água e ferro inicialmente em equilíbrio térmico. Se a mesma quantidade de calor, digamos 100 calorias, é fornecida tanto à água quanto ao ferro, qual das afirmações é verdadeira?

1. A água e o ferro permanecem em equilíbrio térmico
2. A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; o ferro fica mais quente
3. A água e o ferro saem do equilíbrio térmico; a água fica mais quente
4. É impossível saber sem conhecer as massas de água e de ferro
5. É impossível saber sem conhecer os calores específicos da água e do ferro

. Uma máquina de funcionamento desconhecido é capaz de fornecer uma taxa de energia em forma de calor constante de para um sistema que contém de um determinado material. Inicialmente o material se encontra em seu estado sólido, conforme o tempo passa o material muda de estado terminando no estado líquido (tempo total ). A máquina e o material estão termicamente isolados. O gráfico fornece a temperatura do material como função do tempo e os pontos vermelhos marcam o intervalo de tempo da mudança de fase.

Encontre o calor específico no estado sólido e calor latente de fusão .

. e

. e

. e

. e

. e

. e

. Nenhuma das alternativas.

. e

5 - Um líquido está em equilíbrio com seu vapor em um recipiente fechado. Qual das seguintes afirmações é necessariamente verdadeira?

1. A taxa de condensação é maior que a taxa de evaporação
2. A taxa de evaporação é maior que a taxa de condensação
3. A temperatura do vapor é superior à do líquido
4. Moléculas do líquido não têm energia suficiente para vaporizar
5. A temperatura do vapor é a mesma que a do líquido

Ao misturarmos de café quente a temperatura com uma certa quantidade de leite frio a uma temperatura , observamos que a mistura atinge uma temperatura de equilíbrio igual a . Sabe-se que a densidade do café é igual a densidade da água, e que o calor específico do leite vale do calor específico do café.

Se colocarmos a mesma quantidade de café quente no dobro da quantidade de leite frio, a nova temperatura de equilíbrio da mistura será:

(a)

(b)

(c)

(d)

Uma amostra de de um gás monoatômico possui inicialmente de energia térmica. Ela interage termicamente com de outro gás monoatômico que possui inicialmente de energia térmica. Que quantidade de calor é transferida entre os dois sistemas e em que sentido se dá essa transferência durante sua evolução para o equilíbrio térmico?

A), para

B), para

C), para

D), para

E), para

 de água líquida a  é colocada em contato com  de gelo a . Sabendo que

os calores específicos da água líquida e do gelo valem, respectivamente,e