Baixe fisica Os fundamentos da física Ramallo 2 e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! Testes propostos Menu Resumo do capítulo Capítulo 5 Mudanças de fase P83 | Dados: m = 600 9; c = 1 cal/g ºC; 6, = 20 ºC; Ls = —80 cal/g 1º etapa: resfriamento da água: e(ºC) Q, = mc: (0 — 09) > > Q, = 600-1:(0 — 20) > Q, = —12.000 cal 2º etapa: solidificação da água: Q, = ml; > Q, = 600 : (-80) > Q, = —48.000 cal A quantidade total de calor Q será dada pela soma: Q = Q; + Q> Q = —12.000 — 48.000 > | Q = —60.000 cal O sinal negativo indica que essa quantidade de calor é perdida. P.84 Dados: m = 100 g (gelo a 6, = —20 ºC); O = 60 ºC; Gusão = 0 “C; Coto = 0,5 cal/g * *C; LF = 80 cal/g; Csqua = 1 cal/g + ºC 1º etapa: aquecimento do gelo de —20 ºC até O ºC (AO = 20 ºC): Q1 = MGeo * AO > Q, = 100:0,5:20> Q, = 1.000 cal = 110º cal 2º etapa: fusão do gelo (a O ºC): Q, = ml; > Q, = 100:80 > Q, = 8.000 cal > Q, = 8:10? cal 3º etapa: aquecimento da água de O “C até 60 “C (AO = 60 ºC): Q3 = MCigua * AO => Q; = 1001: 60 => Q; = 6.000 cal => Q, = 6:10? cal A quantidade de calor total recebida vale: Q=Q, + Q, + Q; = 1.000 + 8.000 + 6.000 > | Q = 15.000 cal = 15 10º cal Lançando os valores no diagrama 6 x Q, obtemos: 15 Q(10º cal) Exercícios propostos 27480 28.980 |Q| (cal) Q = mc: A9=> Q; = 50-0,48:(—-20) > Q, = —480 cal Q, = ml. => Q,=50:(—540) > Q, = —27.000 cal Q; = mc: A9 => Q; = 50-1,0-(-30) > Q; = —1.500 cal Q=Q ++ Q, Q; = —480 — 27.000 — 1.500 > Q; = —28.980 cal Potência da fonte: 100 cal/min At=1 h=60min;L = 150 cal/g Quantidade de calor recebida: 1 min— 100 cal mm “ | q=6000cal 60 min— Q Mas Q = mi > m = Lom= 6.000 m=40 Lg 150 9 a) Durante a vaporização: Q=(32-3):10>Q=29-102cal Como Q = mL, vem: 2.900 = 50 -L =| L = 58 cal/g b) Antes da mudança de fase: Q, = 31 02 cal; AG, = 30 “CC — 10. ºC = 20 ºC - O = 300 = o G ao, > O 20 > C = 15 cal/C Após a mudança de fase: Q, = (33 — 32):10?> Q, = 102 cale AB, = 60 C — 30 ºC = 30 ºC - O — 100 - o G A6; >G 30 >|G=3,3cal/C c) Os calores específicos valem: aq =0,3cal/g:C = 0,07 cal/g ºC P.93 Q= Q Qs Q Q = Q 0,50 500 g L = 80 cal/g 500 g 1,0 0 50 ºC 50 ºC = 9,8 cal/ºC —10ºC 50 ºC 60 ºC x Le = —540 cal/g x 1,0 100 ºC 50 ºC —50 “€ 1001 8 (tc) Condensação 50 mc: AO > Q, = 500-0,50-10 > Q, = 2.500 cal mL; => Q; = 500 - 80 => Q, = 40.000 cal mc: AO > Q3 = 500: 1,0 + 50 > Q; = 25.000 cal C-40>0,=9,8-60> Q,=588cal me > Q5 = x*(-540) > Q; = —540x mc: AO > Q = x*1,0(-50) > Q, = — Q+QO+0+ Q + Q + QG=0 2.500 + 40.000 + 25.000 + 588 — 540x —50x = O 68.088 = 590x >» x = 50x 68.088 590 x=115,49 P.94 Graficamente: Exercícios propostos * Sobrefusão (trecho AB): m = 100 9; c=1 cal/g-“C; AO = 0 — 0 => AO = 0 Q=mc:A0>0Q,=100:1:0>0Q,=100:0 * Solidificação (trecho AC): m' = 2 9; Ls = —80 cal/g Q=mL>Q=2-(-80)>Q,=-160 cal Q=0=100:0=-160>|0=-1,6ºC P95 | Graficamente: ol Ioi * Sobrefusão (trecho AB): m; c = 0,2 cal/g - ºC; AQ = 30 — 44 = AO = —14ºC Q=mc:A0>Q=m:0,2:(-14)> Q, = —2,8m e Solidificação (trecho AC): m'; L; = —L; = —5 cal/g Q=mis>Q=m(-)=>Q=-Sm Q=QG>-28m=-5m= = 28 m 5 > |M = 0,56 (56%) m P.96 | a) Afusão do gelo ocorre a 0 ºC, temperatura que se mantém constante durante o processo. Portanto, a fusão ocorre no intervalo | ty + tp |. b) A vaporização da água ocorre a 100 ºC, temperatura que se mantém constante durante o processo. Pela análise do gráfico, verifica-se que a vaporização ocorre no intervalo | ty ty |. c) Dados: m = 100 9; Ge = 0,55 cal/g * ºC; L, = 80 cal/g De O a t; (AO = 40 ºC), temos: Q; = mGuo * 40 => Q, = 100: 0,55: 40 = Q; = 2.200 cal a (ºC) De t; a t, (fusão do gelo), temos: Q, = ml; > Q, = 100: 80 > Q, = 8.000 cal Q=Q, + Q, > Q = 2.200 + 8.000 > | Q = 10.200 cal Exercícios propostos P.97 | a) Aanálise do gráfico mostra que o aquecedor foi desligado no instante | t= 155 correspondente ao ponto D, quando a temperatura começa a diminuir. O trecho AB corresponde ao aquecimento da substância no estado sólido. Por- tanto, a substância está totalmente sólida no intervalo de O a 5 minutos. b) O trecho BC corresponde à fusão da substância (sólida) que ocorre à tempera- tura de 60 ºC, com ganho de calor (recebido do aquecedor). O trecho EF corresponde à solidificação da substância (líquida) que também ocorre à temperatura de 60 “C com perda de calor para o ambiente. o P98 | a) Sendo m = 0,2 kg = 200 9; c = 1,0 cal/g - ºC; AO = 100 ºC — 20 C = 80 ºC, então: Q=mc:A9>Q=200-1,0-80>Q=16.000cal=>|Q=1,6:10!cal b) Calor recebido pela água em 2,7 min (3,7 min — 1 min) 16.000 cal — 1 min Q' = 16.000 :2,7 > Q' = 43.200 cal Q — 27 min Ocorrendo a vaporização (Ly = 540 cal/g), temos: Q' = m'ly=> 43.000 =m'-540>m' =809 A massa que resta na panela sem vaporização é: m'=m-m=200-80>|m"=120g P99 a) Água: Migua = 500 9; Cágua = 1,00 cal/g * ºC; Álcool: Macoo = 500 9; Gáicoo = 0,58 cal/g * ºC Temperatura inicial: 60 = 20 ºC Tempo de aquecimento: At = 2,0 min Potência da fonte: 4.000 cal/min Quantidade de calor recebida: 1,0 min — 4.000 cal Q = 8.000 cal 2,0 min— Q * Aquecimento da água: Q = migua * Cágua * Abagua = 8.000 = 500 - 1,00 - AGiqua = ABágua = 16 C AOágua = Oágua — do > 16 = Oágua — 20 =| Oagua = 36 *C Exercícios propostos P103 a) Água: m = 1.100 9; c = 1,00 cal/g + ºC; A0 = —2 ºC Alumínio: m' = ?; c' = 0,22 cal/g - ºC; AO = 40 ºC e (ºC) Alumínio Q=mc:46 =1.100-1,00:(-2) > Q = —2.200 cal Q=mc':A9'=m':0,22:40>5 Q' = 8,8m' Q+Q'=0=>-2.200+88m' =0>88m =2.200>|m' =2509 b) Qualquer que seja a quantidade de alumínio a O ºC, à medida que recebe calor da água sua temperatura aumenta. Portanto, a temperatura de equilíbrio será sempre superior a O ºC. A água nunca chegará a O C e, mesmo que o fizesse, não haveria diferença de temperatura para fazê-la solidificar. Portanto, é impos- sível transformar qualquer quantidade de água em gelo. o) e (0) 42 Água (Q,) Solidificação (Q,) 1,00 cal/g «ºC 42ºC 0ºc 1.100 g Ls = —80 cal/g x=? 0,22 cal/g- ºC | —20 0ºc 20ºC Q, = mc: 49 = Q, = 1.100:1,00-(-42) => Q, = —46.200 cal Q, = ml; > Q, = 1.100: (-80) > Q, = —88.000 cal Q=mc:A050;=x:0,22:20> Q, = 4,4x Q+Q+Q=0 —46.200 — 88.000 + 4,4x = 0 => 4,4x = 134.200 > > x=30.5009g =| x= 30,5 kg Exercícios propostos P.104 a) 0; = 0 ºC (o gelo se derrete apenas parcialmente) Q = mc: AO > Q, = 480-0,50- 20 > Q; = 4.800 cal Q=ml;>Q,=15:80> Q,=1.200 cal Q; = mc: AO > Q; = 50:x:(—600) > Q; = —30.000x Q, + Q,+Q;=0= 4.800 + 1.200 — 30.000x = 0 > = 30.000x = 6.000 = | x = 0,20 cal/g +“C b)Q =mi;>Q,=15:80>|Q,=1.200cal P.105 a) O calor recebido pela substância B durante a fusão é calculado por: Q = Pot: At, em que Pot = 20 cal/s. Do gráfico, vem: Q = 20 - (90 — 30) => Q = 1.200 cal O calor latente de fusão da substância B é determinado por: Q=ml;=>1.200=50-L,> b) Para a determinação da temperatura de equilíbrio usaremos o seguinte roteiro: 1) Cálculo dos calores específicos das substâncias A e B: --Q sç- PotrAt m: AO m: AO 20-70 = + —— 5 4 = 0,10 cal/g:'Ce 1" 50-(300-20) A 19 20-30 CG = ">" > G = 0,20 cal/g:“C Ss" so-(80-20) E 19 2) Cálculo da energia térmica liberada pela substância 4, ao ser esfriada de 280 “C até 80 “C. |Q4 = myca: |A64| > [Qu = 500,10 -[80 — 280] > |Q4| = 1.000 cal Exercícios propostos 3) Cálculo da energia térmica que a substância B precisa receber para atingir a temperatura de 80 ºC. Q; = mec; * AO; > Q; = 50: 0,20 - (80 — 20) > Q; = 600 cal 4) Observando os itens 2 e 3, notamos que a fusão da substância B será feita com as 400 calorias restantes. — 50 Q=ml>400=m:24>m= 39 A fusão de B é parcial, permanecendo no estado sólido: 50 100 m=50-=2m=39 Assim, a temperatura final de equilíbrio térmico entre A e B será: | 0, = 80 ºC |. c) Em vista da resolução do item b, podemos afirmar que no final teremos: 100 3 g líquido — [mg =>—9 sólido — |mg = P.106 a) A temperatura de fusão da substância é | Ousão = 60 “C |, pois é o valor da temperatura de equilíbrio para temperaturas iniciais do bloco de ferro. b) Vamos considerar a situação em que 6 = 200 ºC e 6, = 60 ºC. São dados: m, = 0,8 m,; 6, = 20 “Ce q = 0,1 cal/g + ºC. Q=-Q=>mo(0 — 0) =—-ma "(0 —- 9) = =, - (60 — 20) = 0,8m,: 0,1 - (200 — 60) => 40c, = 11,2 c = 0,28 cal/g + ºC c) Vamos considerar a situação em que 0 = 450 “Ce 0, = 60 ºC. Nesse caso, a temperatura da substância sobe até 60 ºC e, nessa temperatura, ela se funde completamente. Teremos: Q, + Quão = —Q=>m6: (0-0) +mL=-ma (0-0) =m, 0,28 - (60 — 20) +mL = —0,8m, 0,1 - (60 — 450) > 51,24+1=3125|L=20cal/g P107 Aquecimento de m = 2,5 - 10º g de água de 18 ºC a 96 “C: Qu=mc:A0=2,5-10"-1-(96-18)>Q, = 1,95-10ºcal Ebulição de m' = 1: 10º g de água a 96 ºC: Q=mL>Q,=1-10"-540>Q,=54-10 cal