Exercícios de Calor Latente - Física com o BFFísica com o BF

Tente resolver cada exercício antes de abrir a resposta. As resoluções ficam disponíveis logo abaixo de cada questão.

Questões desta lista

Questão 1

Uema 2026

No romance As Meninas, há um episódio que descreve o derretimento de uma pedra de gelo, processo físico bem conhecido, chamado de fusão.

“Arrastando-se penosamente ela debruçou-se sobre o corpo dele e apanhou a garrafa no chão. Sacudiu o copo até a ponta de cigarro se descolar do fundo. No tapete, uma pedra de gelo derretia solitária como uma ilha em meio da poça d’água. Colheu a pedra, deixou-a cair no copo e voltou ao seu lugar, recuando de rastros como avançara.”

O referido processo se caracteriza pela passagem de uma substância do estado sólido para o seu estado líquido. Reflita sobre a seguinte situação a respeito desse processo, considerando 1 micrograma (μg) = 10^-6g.

Um bloco de gelo, de massa 16,7g, desliza sobre uma superfície levemente inclinada de um ângulo de 5,7°. Considere a aceleração da gravidade 10m/s² e sen5,7° = 0,1.

Suponha que o bloco desliza para baixo com velocidade constante. Considerando que o calor latente de fusão do gelo é 334 J/g, a quantidade de massa de gelo que é derretida pelo atrito, após o bloco deslizar por uma distância de 1m, é, em μg,

Ver resposta e resolução da questão 1

Resposta: C

Para resolver esta questão, aplicamos a conservação de energia e os conceitos de trabalho e calor latente.

Se o bloco desce com velocidade constante, a força de atrito (F_at) equilibra a componente do peso paralela ao plano (P_x).

Assim, $F_{at} = m \cdot g \cdot sen (5, 7 °) .$

O trabalho realizado pela força de atrito ao longo de 1 metro (d = 1m) é transformado integralmente em calor (Q). $W = F_{at} \cdot d = 16, 7 g \cdot 10^{- 3} kg / g \cdot 10 m / s^{2} \cdot 0, 1 \cdot 1 m = 0, 0167 J .$

De acordo com a equação do calor latente $Q = m \cdot L,$ temos $0, 0167 J = m_{f} \cdot 334 J / g .$ Logo, $m_{f} = \frac{0, 0167}{334} \approx 0, 00005 g .$

Como $1 μg = 10^{- 6} g,$ temos $5 \cdot 10^{- 5} g = 50 μg .$

Portanto, a alternativa [C] está correta.

Questão 2

Uece 2025

Um avião em voo acumula uma camada de gelo com volume V em suas asas. Supondo-se que o gelo esteja na temperatura de 273 K e que a densidade desse gelo seja de D e considerando que o calor latente de fusão do gelo seja L e que todas as grandezas aqui utilizadas estão em unidades do SI, pode-se afirmar corretamente que o calor, em joules, necessário para fundir esse gelo é

A.0,5 D/(VL).
B.L/(DV).
C.DVL.
D.D(VL)²

Ver resposta e resolução da questão 2

Resposta: C

A quantidade de calor Q necessária para derreter o volume V de gelo à 273 K (ou 0°C, temperatura de fusão do gelo a pressão atmosférica) é dada pelo produto da massa m de gelo pelo calor latente de fusão L. Porém a massa m é o produto da densidade D pelo volume V, assim, tem-se que:

$Q=m⋅L \overset{m = D \cdot V}{\to} Q = DVL$

Com as unidades no SI, comprova-se a expressão anterior, pois:

$[D] = [\frac{kg}{m^{3}}]$
$[V] = [m^{3}]$
$[L] = [\frac{J}{kg}]$

Com isso, $[Q] = [\frac{kg}{m^{3}}] \cdot [m^{3}] \cdot [\frac{J}{kg}] ∴ [Q] = [J] .$

Questão 3

Ufam-psc 2 2024

O ser humano é um animal homeotérmico, ou seja, precisa manter a temperatura do corpo constante para que o organismo funcione corretamente. Durante a prática de exercício físico, os músculos produzem energia através da contração muscular e, com isso, a temperatura interna do corpo tende a aumentar. Para que esse aumento não prejudique o funcionamento do organismo, a transpiração é o mecanismo de termorregulação que atua durante a prática de exercício físico. A liberação do suor através das glândulas sudoríparas resfria o corpo por meio da evaporação, daí a importância de beber água durante atividades físicas para repor as perdas.

Considerando que a evaporação do suor na pele dissipa 750 W, podemos afirmar que a quantidade de água que uma pessoa deva beber para compensar as perdas por evaporação do suor em uma hora de atividade física ininterrupta é de:

Dados: L_{vaporização} = 2.250 kJ / kg; d_água = 1 kg / L.

Ver resposta e resolução da questão 3

Resposta: B

Considere-se as expressões:

$\{\begin{matrix} d = \frac{m}{V} \Rightarrow & m = dV (I) \\ Q = PΔt & (II) \\ Q = mL & (III) \end{matrix}$

Combinando essas expressões:

$(I) e (II) \Rightarrow (III) : P ∆ t = dVL \Rightarrow V = \frac{P ∆ t}{dL} \Rightarrow V = \frac{750 \cdot 3600}{1 \cdot 2250} ∴ V = 1, 2 L .$

Questão 4

Uerj 2024

Uma equipe de cientistas, com o objetivo de simular a respiração humana, criou um dispositivo que converte 0,02 g de vapor d’água em água líquida a cada ciclo de inspiração e expiração, à temperatura constante.

Admita que esse dispositivo simule 15 ciclos de respiração por minuto e que o calor latente de vaporização da água seja igual a 2400 J/g.

A taxa de calor perdida pelo dispositivo, em J/s, é igual a:

A.9
B.10
C.11
D.12

Ver resposta e resolução da questão 4

Resposta: D

Massa de vapor d’água convertida em 1 segundo:

$m = 0, 02 \cdot \frac{15}{60}$
$m = 0, 005 g$

Taxa de calor perdida pelo dispositivo:

$P = \frac{mL}{Δt} = \frac{0, 005 \cdot 2400}{1}$
$P = 12 J / s$

Questão 5

Utfpr 2023

Os copos térmicos se popularizaram nos últimos anos com a promessa de manter as bebidas geladas por mais tempo. A lateral e a base desses copos são feitas por duas camadas metálicas separadas por uma camada de vácuo. Este desenho faz com que a troca de calor entre o líquido no copo e o ambiente seja dificultada.

Um jovem ao observar gelo derretendo lentamente em seu copo térmico fez as seguintes afirmações:

I. O ambiente está cedendo calor para o gelo derretido.

II. Como o gelo está derretendo, certamente a água gelada está ficando mais quente.

III. Se o ambiente estivesse mais quente, o gelo derreteria mais rapidamente.

Qual(is) afirmação(ões) acima é(são) VERDADEIRA(S)?

Ver resposta e resolução da questão 5

Resposta: B

Análise das afirmativas.

[I] Verdadeira. Para o gelo derreter é necessário que ele receba calor do meio ambiente, ou seja, o meio cede calor para o gelo, pois o calor é energia em trânsito de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura. Neste contexto, como o gelo está derretendo, significa que o meio externo tenha uma temperatura mais alta que o gelo.

[II] Falsa. Nas mudanças de fase de substâncias puras assim como a água, a temperatura permanece constante. Assim, ao nível do mar, o gelo derrete a 0°C para pressão atmosférica normal, ou seja, a água do derretimento do gelo continua com a mesma temperatura de fusão do gelo até que todo o gelo derreta.

[III] Verdadeira. Quanto maior a temperatura externa, maior a taxa de transferência de calor e, por consequência, menor o tempo necessário para derreter uma quantidade fixa de gelo.

Questão 6

Utfpr 2023

Um jovem ao observar gelo derretendo lentamente em seu copo térmico fez as seguintes afirmações:

I. O ambiente está cedendo calor para o gelo derretido.

II. Como o gelo está derretendo, certamente a água gelada está ficando mais quente.

III. Se o ambiente estivesse mais quente, o gelo derreteria mais rapidamente.

Qual(is) afirmação(ões) acima é(são) VERDADEIRA(S)?

Ver resposta e resolução da questão 6

Resposta: B

Análise das afirmativas.

[III] Verdadeira. Quanto maior a temperatura externa, maior a taxa de transferência de calor e, por consequência, menor o tempo necessário para derreter uma quantidade fixa de gelo.

Questão 7

Ufscar / Unicamp indígena 2023

Num laboratório de termodinâmica foi feito um experimento de calorimetria no qual 30 g de gelo foram transformados em água, obedecendo a curva de aquecimento fornecida no gráfico a seguir.

De acordo com o experimento, assinale a alternativa correta.

Imagem da questão 7 sobre teoria

A.O calor específico do gelo é 1,0 cal / g⋅°C.
B.O calor latente de fusão do gelo é 80,0 cal/g.
C.O calor específico da água é 0,5 cal / g⋅°C.
D.Para transformar gelo em água sem alterar a temperatura, é preciso uma quantidade de calor igual a 2700 cal.

Ver resposta e resolução da questão 7

Resposta: B

$ΔQ = {mL}_{f} \Rightarrow L_{f} = \frac{ΔQ}{m} = \frac{2.700 - 300}{30} = \frac{2.400}{30} \Rightarrow L_{f} = 80 cal / g$

Questão 8

Upf 2022

Natalia vai a um salão de beleza realizar um penteado em seus cabelos. Enquanto a cabeleireira realiza o procedimento ela busca em seus conhecimentos de Física a explicação para o fato do ar quente que sai do secador secar seus cabelos. Dentre as alternativas abaixo, a explicação correta para o fenômeno que Natalia está analisando corresponde à alternativa:

A.O ar quente que sai do secador faz com que a água retida nos cabelos sofra fusão rapidamente.
B.O ar quente que sai do secador faz com que a água retida nos cabelos sofra evaporação rapidamente.
C.O ar quente que sai do secador faz com que a água retida nos cabelos sofra solidificação rapidamente.
D.O ar quente que sai do secador faz com que a água retida nos cabelos congele rapidamente.
E.O ar quente que sai do secador faz com que a água retida nos cabelos sofra ebulição rapidamente.

Ver resposta e resolução da questão 8

Resposta: B

O secador produz ar quente, que, quando projetado sobre os cabelos úmidos, faz com que a água presente seja evaporada devido ao aumento de temperatura.

Questão 9

Pucrs Medicina 2022

O gráfico a seguir indica a temperatura em função do tempo para uma determinada massa de água contida em um recipiente aberto que é aquecida por meio de uma fonte térmica de potência constante. Não há perdas de calor entre as paredes do recipiente e o meio externo.

Imagem da questão 9 sobre teoria

A partir do começo da ebulição, quanto tempo (em minutos) levará para que toda a água desapareça do recipiente? Despreze a evaporação antes da fervura, considere o calor latente de vaporização da água igual a 540 cal/g, o calor específico da água como 1cal / (g⋅^∘ C) e saiba que o fenômeno ocorre nas CNTP.

A.54
B.62
C.73
D.81

Ver resposta e resolução da questão 9

Resposta: A

Potência da fonte térmica:

$Q = mcΔθ$
$Q = m \cdot 1 \cdot (70 - 30)$
$Q = 40 m cal$
$P = \frac{Q}{Δt} = \frac{40 m}{4 \cdot 60}$
$P = \frac{m}{6} W$

Tempo (em minutos) necessário para evaporar toda a água:

$P = \frac{mL}{Δt ‘}$
$\frac{m}{6} = \frac{m \cdot 540}{Δt ‘}$
$Δt ‘ = 54 \min$

Questão 10

Integrado – Medicina 2022

Uma substância, inicialmente no estado sólido, foi aquecida por uma fonte térmica de potência constante igual a 200 cal/min, dentro de um calorímetro que possui capacidade térmica desprezível. A massa contida da substância neste recipiente é de 100g e o gráfico abaixo mostra como se deu o aquecimento.

Imagem da questão 10 sobre teoria

Considere que o evento ocorreu em um local onde a pressão atmosférica era igual a 1atm e assinale a opção correta.

A.A substância é a água.
B.O calor latente de fusão da substância vale 6 cal/g.
C.O calor específico da substância no estado sólido vale aproximadamente 0,5 cal/g°C.
D.A temperatura de ebulição da substância vale 60°C.
E.A quantidade de calor recebida pela substância do início ao fim da fusão foi de 36000 cal.

Ver resposta e resolução da questão 10

Resposta: B

De acordo com o gráfico, tem-se primeiramente o aquecimento do sólido até 60°C ocorrendo a fusão até o estado líquido (mostrado no platô) e depois ocorre o aquecimento do líquido até 110°C.

Com as informações da potência da fonte térmica e o tempo mostrado em cada inclinação diferente no gráfico, obtém-se a quantidade de calor gasto em cada processo:

[A] Aquecimento do sólido de 20°C até 60°C por 100 segundos:

$Q = P \cdot Δt \Rightarrow Q = 200 \frac{cal}{60 s} \cdot 100 s ∴ Q = 333, \bar{3} cal$

Assim, o calor específico desta substância no estado sólido é de:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T \Rightarrow c = \frac{Q}{m \cdot Δ T} = \frac{333, 3 c a l}{100 g \cdot (60 - 20)^{\circ} C} ∴ c = 0, 08 \bar{3} \frac{c a l}{g C}$

Logo, a substância não é água $(c_{gelo} = 0, 5 \frac{cal}{g^{\circ} C}) .$

[B] Fusão da substância desconhecida por 180 segundos:

$Q = P \cdot Δt \Rightarrow Q = 200 \frac{cal}{60 s} \cdot 180 s ∴ Q = 600 cal$

E o calor latente de fusão dessa substância é:

$Q = m \cdot L_{f} \Rightarrow L_{f} = \frac{Q}{m} = \frac{600 cal}{100 g} ∴ L_{f} = 6, 0 \frac{cal}{g}$

E tem-se a resposta da questão, contudo ainda pode-se determinar o calor específico do estado líquido:

[C] Aquecimento do líquido de 60°C até 110°C por 60 segundos:

$Q = P \cdot Δt \Rightarrow Q = 200 \frac{cal}{60 s} \cdot 60 s ∴ Q = 200 cal$

$Q = m \cdot c \cdot Δ T \Rightarrow c = \frac{Q}{m \cdot Δ T} = \frac{200 c a l}{100 g \cdot (110 - 60)^{\circ} C} ∴ c = 0, 04 \frac{c a l}{g^{\circ} C}$

Finalizando-se o comentário, a temperatura de ebulição da substância não é definida no gráfico fornecido, pois só dispõe-se de um platô de temperatura constante na mudança de estado sólido para líquido e a quantidade de calor recebida durante a fusão foi de 600 calorias como calculado anteriormente.