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Exercícios sobre calor sensível e calor latente

Exercícios de Física

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre o cálculo da quantidade de calor sensível e de calor latente. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

Determine a quantidade de calor em kJ necessária para um bloco de gelo com 2 kg de massa, inicialmente a -10°C, seja aquecido até a temperatura de 5°C.

DADOS: Calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C / Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g

a) 145

b) 155

c) 165

d) 175

e) 185

questão 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  

questão 3

Em um recipiente termicamente isolado, 200 g de água recebem calor de uma fonte térmica e elevam a sua temperatura de 10°C para 90°C. Sabendo que a massa de água ficou exposta à fonte por 3,5 minutos, determine a potência aproximada fornecida pela fonte em cal/s.

DADO: Calor específico da água = 1 cal/g°C

a) 56

b) 66

c) 76

d) 86

e) 96

questão 4

Determine o calor específico em cal/g°C de uma substância com massa de 1 kg que, ao receber 5000 cal de calor de uma fonte térmica, teve a sua temperatura elevada em 20 °C.

a) 0,15

b) 0,25

c) 0,35

d) 0,45

e) 0,55

questão 5

(Unifor-CE) Um cubo de gelo de massa 100 g, inicialmente à temperatura de - 20 °C, é aquecido até se transformar em água a 40 °C (dados: calor específico do gelo 0,50 cal/g °C; calor específico da água 1,0 cal/g °C; calor de fusão do gelo 80 cal/g). As quantidades de calor sensível e de calor latente trocados nessa transformação, em calorias, foram, respectivamente:

a) 8.000 e 5.000

b) 5.000 e 8.000

c) 5.000 e 5.000

d) 4.000 e 8.000

e) 1.000 e 4.000 

respostas
Questão 1

LETRA “D”

Faz-se necessário elevar a temperatura do gelo até a temperatura do ponto de fusão. Para isso, temos:

Massa de gelo: 2 kg = 2000 g

Variação de temperatura: ΔT = T – T0 → ΔT = 0 - (-5) = 5 °C

O calor necessário para elevar a temperatura do bloco de gelo de -5°C para 0°C é do tipo latente, logo:

Q1 = m . c . ΔT

Q1 = 2000 . 0,5 . 5

Q= 5000 J

Q1 = 5 KJ

No momento em que o gelo chega à temperatura de 0°C, é iniciada a fusão. Agora o calor é do tipo latente:

Q2 = m . LF

Q2 = 2000. 80

Q2 = 160.000

Q2 = 160 KJ

Por fim, a água no estado líquido deve ter a sua temperatura elevada até 5°C. Para isso, o calor será novamente do tipo sensível.

Calor específico da água: 1 cal/g°C

Variação de temperatura: ΔT = 5 – 0 = 5°C

Q3 = m . c . ΔT

Q3 = 2000. 1 . 5

Q3 = 10.000

Q3 = 10 KJ

O calor total necessário para aquecer o bloco de gelo até a temperatura de 5 °C é dado pela soma QTOTAL = Q1 + Q2 + Q3

QTOTAL = 5 + 160 + 10 = 175 kJ

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Questão 2

LETRA “E”

Primeiramente devemos determinar a quantidade de energia fornecida à água.

Potência fornecida: 150 cal/s

Tempo de aquecimento: 4 min x 60s = 240 s

Sabendo que a potência é dada pela razão entre a energia (calor) e o tempo (Δt), temos:

P =
     Δt

Q = P . Δt

Q = 150 . 240

Q = 36.000 cal

Esse calor fornecido à água é do tipo sensível, pois a sua temperatura varia entre 20°C e 60°C, temperaturas em que a água apresenta-se no estado líquido. Substituindo esses dados na equação de calor sensível, temos:

Q = m . c . ΔT

36.000 = m . 1 . (60 – 20)

36.000 = 40 m

m = 36.000 ÷ 40

m = 900 g

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Questão 3

LETRA “C”

Primeiramente precisamos encontrar o quanto de calor foi fornecido à água. Como não houve mudança de fase, o calor fornecido foi do tipo sensível, logo:

Q = m . c . ΔT

Q = 200 . 1 . (90 – 10)

Q = 200 . 80

Q = 16.000 cal

Sabendo que a potência é a razão entre a energia e o tempo, temos que:

Δt = 3,5 min x 60s = 210 s

P =  Q  
      Δt

P = 16.000/210

P ≈ 76 cal/s

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Questão 4

LETRA “B”

Substituindo os valores fornecidos na equação de calor sensível, temos:

Q = m . c . ΔT

5000 = 1000 . c . 20

5000 = 20.000 c

c = 5000  
    20.000

c =
    20

c =  1 
      4

c = 0,25 cal/g°C

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Questão 5

Quantidade de calor sensível:

Q1 : Para elevar o bloco de gelo de -20°C até 0°C;

Q2 : Após a fusão total do gelo, Q2 é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água de 0°C para 40°C.

Q1 = m . c . ΔT

Q1 = 100 . 0,5 . ( 0 - (-20))

Q1 = 50 . 20

Q1 = 1000 cal

Q2 = m . c . ΔT

Q2 = 100 . 1 . (40 – 0)

Q2 = 100 . 40

Q2 = 4000 cal

 

A quantidade total de calor sensível oferecido foi de: Q = 4000 . 1000 = 5000 cal

Quantidade de calor latente:

É a quantidade de calor necessária para que o gelo sofra a fusão, logo:

Q3 = m . LF

Q3 = 100 . 80

Q3 = 8000 Caloria

Assim, serão necessários 5000 cal de calor sensível e 8000 cal de calor latente.

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