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Exercícios sobre trocas de calor

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as trocas de calor entre as substâncias. Para resolvê-los, serão necessárias as equações de quantidade de calor e capacidade térmica.

  • Questão 1

    (Unisinos-RS)

    Amargo

    Amigo boleia a perna
    Puxa o banco e vai sentando
    Descansa a palha na orelha
    E o crioulo vai picando
    Que enquanto a chaleira chia
    O amargo eu vou cevando.

    (Lupicínio Rodrigues)

    Ao esquentar a água para o chimarrão, um gaúcho utiliza uma chaleira de capacidade térmica de 250 cal/°C, na qual ele coloca 2 L de água. O calor específico da água é 1 cal/g°C e sua massa específica é 1 g/cm3. A temperatura inicial do conjunto é 10°C. Quantas calorias devem ser fornecidas ao conjunto (chaleira + água) para elevar sua temperatura até 90 °C?

    a) 20.160

    b) 160.000

    c) 20.000

    d) 160

    e) 180.000

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  • Questão 2

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

    a) 10°C

    b) 20°C

    c) 30°C

    d) 40°C

    e) 50°C

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  • Questão 3

    Uma barra de cobre de massa igual a 200 g e a uma temperatura de 230°C é mergulhada dentro de um recipiente que contém 200 g de água, inicialmente a 20°C. Sabendo que a temperatura do equilíbrio térmico é de 25°C, determine a capacidade térmica do recipiente que contém a água em cal/°C.

    DADOS: Calor específico do cobre = 0,03 cal/g°C
                 Calor específico da água = 1 cal/g°C

    a) 46

    b) 56

    c) 36

    d) 26

    e) 16

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  • Questão 4

    Um adulto, ao respirar por 2 min, inspira aproximadamente 16 L de ar a 20°C, expelindo-os a 36°C. Determine a quantidade de calor aproximada em Kcal gasta pelo corpo para elevar a temperatura do ar durante um tempo de 12 horas.

    DADOS: Calor específico do ar = 0,24 cal/g°C
                 Densidade do ar = 1,2 g/L

    a) 20,5

    b) 15,5

    c) 10,5

    d) 36,5

    e) 26,5

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Respostas

  • Resposta Questão 1

    LETRA “E”

    As quantidades de calor fornecidas para os materiais são do tipo sensível, sendo assim, temos:

    • Quantidade de calor fornecida à chaleira (QCHA)

    QCHA = C.ΔT
    C é a capacidade térmica da chaleira
    QCHA = 250 . (90 – 10)
    QCHA = 250 . 80
    QCHA = 20.000 cal

    • Quantidade de calor fornecida à água (QÁGUA)

    Sendo a densidade da água igual a 1g/cm3, 2 L de água possuem massa igual a :

    d = m/V
    1 = m/2000
    m = 2000 g

    O calor fornecido à água é igual a:

    QÁGUA = m . c . ΔT
    QÁGUA = 2000 . 1 . (90 – 10)
    QÁGUA = 2000 . 80
    QÁGUA = 160.000 cal

    A quantidade de calor total fornecida é a soma de QCHA e QÁGUA.

    QTOTAL = QCHA + QÁGUA
    QTOTAL = 20.000 + 160.000
    QTOTAL = 180.000 cal

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  • Resposta Questão 2

    LETRA “C”

    A soma das quantidades de calor trocadas entre duas substâncias misturadas deve ser igual a zero, logo:

    • Quantidade de calor para 1 Kg de água = Q1

    • Quantidade de calor para 2 Kg de água = Q2

    Q1 + Q2 = 0
    m1. c. ΔT + m2. c. ΔT = 0

    Sabendo que 1 kg = 1000 g, temos:

    1000 . 1 . (TF – 70) + 2000 . 1 . (TF – 10) = 0
    1000 TF – 70.000 + 2000 TF – 20.000 = 0
    3000 TF – 90.000 = 0
    3000 TF = 90.000
    TF = 90.000 ÷ 3000
    TF = 30°C

    A temperatura final (TF) da mistura é 30°C.

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  • Resposta Questão 3

    LETRA “A”

    Sabendo que a soma das quantidades de calor trocadas entre a barra de cobre, a água e o recipiente deve ser nula, temos:

    • Quantidade de calor da barra de cobre: QC

    • Quantidade de calor da água: QA

    • Quantidade de calor do recipiente: QR

    QC + QA + QR = 0

    Substituindo os valores, teremos:

    200.0,03.(25 – 230) + 200.1.(25 – 20) + QR = 0
    6 . ( - 205) + 200.5 + QR = 0
    - 1230 + 1000+ QR = 0
    - 230 + QR = 0
    QR = 230 cal

    Sendo 230 cal a quantidade de calor recebida pelo recipiente e sabendo que o calor sensível pode ser dado pelo produto da capacidade térmica pela variação de temperatura, temos:

    QR = C . ΔT
    230 = C . (25 – 20)
    C = 230 / 5
    C = 46 cal/°C

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  • Resposta Questão 4

    LETRA “E”

    Primeiramente devemos encontrar a massa de ar inspirada pelo corpo. A partir da equação de densidade, temos:

    d = m/V
    1,2 = m/16
    m = 16 . 1,2 = 19,2 g

    A partir da equação de calor sensível, temos:

    Q = m.c.ΔT
    Q = 19,2 . 0,24 . (36 – 20)
    Q = 19,2 . 0,24 . 16
    Q ≈ 73,7 cal

    Essa quantidade de calor é gasta em 2 min; para 12 h, temos:

    2 min ---------- 73,7 cal
    12 h x 60 min ---------- x

    2.x = 12 . 60 . 73,7
    2.x = 53.064
    x = 26.532 ≈ 26.500 cal = 26,5 Kcal

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