Exercícios de Trocas de Calor - 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

Fgv 2021

Dois objetos de materiais, massas e temperaturas diferentes foram colocados no interior de um calorímetro ideal de capacidade térmica desprezível e, após certo tempo, atingiram o equilíbrio térmico. É indubitável que, ao fim desse processo,

A.a quantidade de calor cedida por um dos objetos foi igual à absorvida pelo outro.
B.as quantidades de calor contidas nos objetos resultaram iguais.
C.as variações de temperatura foram iguais para os dois objetos.
D.o objeto de menor temperatura inicial cedeu calor ao de maior temperatura.
E.o objeto de maior massa cedeu calor ao de menor massa.

Ver resposta e resolução da questão 1

Resposta: A

Como o calorímetro é ideal, pelo princípio da conservação de energia, a quantidade de calor do sistema permanece constante, com a quantidade cedida por um dos objetos sendo igual à absorvida pelo outro.

Questão 2

Enem PPL 2020

A fritura de alimentos é um processo térmico que ocorre a temperaturas altas, aproximadamente a 170^∘ C. Nessa condição, alimentos ricos em carboidratos e proteínas sofrem uma rápida desidratação em sua superfície, tornando-a crocante. Uma pessoa quer fritar todas as unidades de frango empanado congelado de uma caixa. Para tanto, ela adiciona todo o conteúdo de uma vez em uma panela com óleo vegetal a 170^∘ C. cujo volume é suficiente para cobrir todas as unidades. Mas, para sua frustração, ao final do processo elas se mostram encharcadas de óleo e sem crocância.

As unidades ficaram fora da aparência desejada em razão da

A.evaporação parcial do óleo.
B.diminuição da temperatura do óleo.
C.desidratação excessiva das unidades.
D.barreira térmica causada pelo empanamento.
E.ausência de proteínas e carboidratos nas unidades.

Ver resposta e resolução da questão 2

Resposta: B

Ao adicionar todo o conteúdo ao óleo vegetal que está a $170^{\circ} C$ . a temperatura do óleo diminui e a fritura ocorre a uma temperatura menor que a adequada, não ocorrendo a crocância.

Questão 3

G1 – cotil 2019

Em um posto de combustível, o preço do litro da gasolina é de R$3,999 e do álcool, R$2,499 Sabendo que os poderes caloríficos típicos e aproximados da gasolina e do álcool são, respectivamente, 7200 e 4600 kcal / litro, qual das alternativas abaixo apresenta o combustível com melhor custo-benefício e sua respectiva justificativa?

A.Gasolina, pois gera mais energia com sua combustão.
B.
Álcool, pois é mais barato.
C.Álcool, pois um volume equivalente a R$3,999 apresenta maior energia de combustão que 7200kcal
D.Gasolina, pois a energia de 70% do seu volume é maior que 4600kcal

Ver resposta e resolução da questão 3

Resposta: C

Calculando a relação custo benefício $(R $ / L)$ para cada combustível, usando análise dimensional:

$\{\begin{cases} Gasolina : 3, 999 [\frac{R $}{L}] \times \frac{1}{7.200} [\frac{L}{kcal}] = 5, 6 \times 10^{- 4} \frac{R $}{kcal} . \\ Álcool : 2, 499 [\frac{R $}{L}] \times \frac{1}{4.600} [\frac{L}{kcal}] = 5, 4 \times 10^{- 4} \frac{R $}{kcal} . \end{cases}$

O álcool apresenta menor custo para a mesma quantidade de energia.

Pode-se também calcular a quantidade de energia liberada pela combustão da quantidade de álcool equivalente ao preço de $1$ litro de gasolina.

$\{\begin{array}{l} 2,499 R $ 4.600 kcal \\ 3,999 R $ Q kcal \end{array}>” open=”” separators=”|”><mfenced close= Q = 7.361 kcal$

O álcool libera maior quantidade de energia pela mesma quantia.

Questão 4

Uefs 2017

A calorimetria analisa os problemas enfrentados na troca de calor em sistemas de temperaturas diversas no interior de recipientes isolados, ou não, do meio exterior. Os calorímetros isotérmicos são aqueles em que idealmente não há variação de temperatura durante a experiência, ocorrendo apenas a variação no fluxo de calor. Considere um calorímetro de capacidade térmica igual a 300,0cal /^∘ C contendo 200,0 g de água a 20^∘ C, cujo calor específico é igual a 1,0cal / g^∘ C. Um bloco de massa igual a 1,0 kg feito de um material cujo calor específico é igual a 0,25cal / g^∘ C está a uma temperatura de 50^∘ C e é colocado no interior do calorímetro com água.

Nessas condições, a temperatura final atingida pelo sistema isotermicamente isolado, em °C, é igual a

A.26
B.28
C.30
D.32
E.34

Ver resposta e resolução da questão 4

Resposta: C

Para o sistema fechado em equilíbrio térmico, a soma dos calores trocados é igual a zero. Assim, calculamos em separado as quantidades de calor trocadas por cada corpo:

Calorímetro:

$Q_{cal} = C \cdot Δ T$
$Q_{cal} = 300 \frac{c a l}{^{\circ} C} \cdot (T - 20)^{\circ} C Q_{c a l} = (300 T - 6000) c a l$

Água:

$Q_{água} = m \cdot c \cdot Δ T$
$Q_{água} = 200 g \cdot 1 \frac{c a l}{g^{\circ} C} \cdot (T - 20)^{\circ} C \cdot Q_{água} = (200 T - 4000) c a l$

Bloco:

$Q_{bloco} = m \cdot c \cdot Δ T$
$Q_{bloco} = 1000 g \cdot 0, 25 \frac{c a l}{g^{\circ} C} \cdot (T - 50)^{\circ} C Q_{bloco} = (250 T - 12500) c a l$

Somando as equações e fazendo $\sum Q = 0$

$Q_{cal} + Q_{água} + Q_{bloco} = 0$
$300 T - 6000 + 200 T - 4000 + 250 T - 12500 = 0$
$750 T = 22500$
$T = \frac{22500}{750} T = 30^{\circ} C$

Questão 5

Uece 2017

Dois corpos, inicialmente com temperaturas diferentes, são isolados termicamente do ambiente, mas postos em contato térmico um com o outro, de modo que possam trocar calor entre si. Ao atingir equilíbrio térmico, um dos corpos ganhou uma quantidade de calor Q. Considerando corretamente os sinais das quantidades de calor, é correto afirmar que a soma do calor cedido por um corpo com o recebido pelo outro é

A.2Q.
B.-2Q.
C.Q/2.
D.0,0

Ver resposta e resolução da questão 5

Resposta: D

Num sistema termicamente isolado (adiabático) o somatório dos calores trocados é nulo.

De acordo com a convenção de sinais algébricos:

$(Q_{recebido} > 0 \Rightarrow Q_{recebido} = + Q, Q_{cedido} < 0 \Rightarrow Q_{cedido} = - Q>” open=”{“><mtable columnalign= \Rightarrow Q_{recebido} + Q_{cedido} = Q - Q = 0 .$

Questão 6

Ufsm 2013

A conservação de alguns tipos de alimentos é feita mantendo-os a baixas temperaturas. Os refrigeradores realizam essa tarefa como uma máquina térmica cíclica, retirando energia de uma fonte à baixa temperatura (interior do refrigerador) e rejeitando-a para uma fonte à alta temperatura (exterior do refrigerador). A respeito do funcionamento dessa máquina térmica, é correto afirmar:

A.O refrigerador doméstico opera conforme o ciclo de Carnot.
B.O trabalho necessário para a operação da máquina é igual á razão entre a quantidade de energia retirada da fonte fria e a quantidade de energia rejeitada para a fonte quente.
C.As transformações que ocorrem no interior da máquina são isotérmicas.
D.Enquanto houver realização de trabalho pelo motor, é possível transferir energia da fonte à baixa temperatura para a fonte à alta temperatura.
E.Quanto maior o trabalho realizado pelo motor elétrico, maior a eficiência do refrigerador.

Ver resposta e resolução da questão 6

Resposta: D

A transferência de calor de uma fonte fria para uma fonte quente não é um processo espontâneo, portanto, na geladeira essa passagem só ocorre enquanto houver realização de trabalho pelo motor.

Questão 7

Enem 2009

A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira.

Disponível em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).

Imagem da questão 7 sobre conta

Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,

A.a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira.
B.o calor flui de forma não espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira.
C.a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira.
D.a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno.
E.a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia.

Ver resposta e resolução da questão 7

Resposta: B

Para compreender a lógica de funcionamento de um refrigerador, é fundamental analisar as leis da termodinâmica, especificamente no que diz respeito ao fluxo de energia térmica. De maneira natural e espontânea, o calor sempre se desloca de um corpo com maior temperatura para um corpo com menor temperatura, buscando o equilíbrio térmico entre os sistemas envolvidos.

No entanto, o objetivo de uma geladeira é justamente o oposto: ela precisa remover energia térmica do seu compartimento interno, que está em uma temperatura mais baixa, e transferir essa energia para o ambiente externo, que se encontra em uma temperatura superior. Esse movimento de calor contra o gradiente natural de temperatura não ocorre por conta própria, sendo classificado como um processo não espontâneo.

Para que essa transferência térmica inversa seja possível, é indispensável a realização de trabalho mecânico sobre o fluido refrigerante. É nesse contexto que entram em cena componentes essenciais como o compressor e o motor elétrico. O compressor utiliza energia para comprimir o gás, elevando sua pressão e temperatura, permitindo que ele consiga rejeitar calor para o meio externo mais quente durante o ciclo.

Portanto, a alternativa B está correta ao afirmar que o fluxo de calor ocorre de forma não espontânea, partindo da região interna (mais fria) em direção à região externa (mais quente), exigindo o consumo de energia para vencer a tendência natural do sistema.

Questão 8

Ufpr 2006

Numa garrafa térmica há 100 g de leite à temperatura de 90^° C. Nessa garrafa são adicionados 20 g de café solúvel à temperatura de 20^° C. O calor específico do café vale 0,5 cal/(g^° C) e o do leite vale 0,6 cal/(g^° C). A temperatura final do café com leite é de:

A.
80^° C.
B.
42^° C.
C.
50^° C.
D.
60^° C.
E.67^° C.

Ver resposta e resolução da questão 8

Resposta: A

Como é uma troca de calor: Qcafe + Qleite = 0

m.c∆T + m.c.∆T = 0

20.0,5.(T – 20) + 100.0,6.(T – 90) = 0

10.(T – 20) + 60.(T – 90) = 0

T – 20 + 6.T – 540 = 0

7.T – 560 = 0

T = 560/7 = 80^° C