O que acontece quando um copo e aquecido em um recipiente com água colocado sobre a chama de um fogão a temperatura do líquido aumenta porque ele recebe?

Questão 1

Em uma xícara contendo 150 ml de chá a 70 ºC, adiciona-se 50 ml de água a 10 ºC. Considerando que a xícara tenha capacidade térmica desprezível e que não ocorrem trocas de calor entre o líquido e o ar, determine a temperatura de equilíbrio do sistema.

Dados:

calor específico da água e do chá: c = 1,0 cal/gºC

densidade da água e do chá: d = 1g/ml

a) 45 ºC

b) 55 ºC

c) 75 ºC

d) 60 ºC

e) 25 ºC

Questão 2

Em relação ao fenômeno do equilíbrio térmico, assinale a alternativa incorreta:

a) O calor flui dos corpos mais quentes em direção aos corpos de menor temperatura.

b) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos encontram-se a mesma temperatura.

c) O calor flui espontaneamente entre corpos com diferentes temperaturas.

d) O equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor.

e) Chamamos de equilíbrio térmico a situação em que um corpo não realiza mais trocas de calor, uma vez que sua temperatura é exatamente igual à de suas vizinhanças.

Questão 4

Qual é a massa de gelo necessária para resfriar uma porção de meio litro de água (500 g) a 50 ºC até a temperatura de 20 ºC?

Dados:

calor específico da água: c = 1,0 cal/gºC

calor específico do gelo: c = 0,5 cal/gºC

calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g

a) 175,0 g

b) 325,0 g

c) 400,0 g

d) 216,5 g

e) 166,6 g

Respostas

Resposta Questão 1

Letra B

Resolução:

Para resolvermos esse exercício, é necessário entendermos que toda a quantidade de calor que é transferida pelo chá quente é absorvida pela água gelada. Também precisamos lembrar-nos da fórmula de calor sensível (Q = mcΔT), confira o cálculo a ser realizado:

Após somarmos as duas quantidades de calor cedido e recebido, igualando-as a zero, atribuímos os valores de massa, calor específico e temperatura inicial tanto para a porção de água quanto para o chá. As massas de água e de chá foram determinadas com base na informação fornecida pelo enunciado, que afirma que a densidade de água é de 1 g por ml. Após fazermos o cálculo corretamente, encontramos uma temperatura de equilíbrio de 55 ºC, desse modo, a alternativa correta é a letra B.

Resposta Questão 2

Letra D

Resolução:

A alternativa que contém uma afirmação incorreta é a de letra D. De acordo com ela, o equilíbrio térmico é atingido quando dois ou mais corpos recebem a mesma quantidade de calor, no entanto, essa não é a definição de equilíbrio térmico. Dois corpos de diferentes massas, por exemplo, devem receber diferentes quantidades de calor, a fim de terem sua temperatura variada na mesma magnitude.

Resposta Questão 3

Letra C

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário compreender que a água transfere calor para o gelo, que o absorve, derretendo consequentemente. Desse modo, o calor cedido pela água, que é calor sensível, é absorvido pelo gelo em forma de calor latente. Vamos aos cálculos:

Usando os dados do exercício e as fórmulas de calor sensível e latente, foi possível determinar que a temperatura de equilíbrio do sistema água e gelo foi de 21 ºC ao fim do processo de derretimento (fusão) do gelo.

Resposta Questão 4

Letra E

Resolução

Para resolvermos esse exercício, somamos a quantidade de calor latente absorvida pelo gelo (Q = mL) com a quantidade de calor sensível que o gelo derretido precisou receber para atingir a temperatura de 20 ºC (Q = mcΔT), indicando que essa quantidade é igual à de calor que foi cedido pela porção de 500 g de água, inicialmente a 50 ºC. Substituindo os dados do exercício e fazendo o cálculo seguinte, encontramos que a massa de gelo necessária para resfriar a água até 20 ºC é de 166,66 g. Confira:

Quando colocamos dois corpos com temperaturas diferentes em contato, o calor tende a transferir-se espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura até que ambos fiquem em equilíbrio térmico, ou seja, com temperaturas iguais.

A transferência de calor entre os corpos pode ocorrer por meio de três processos, que são: condução, irradiação e convecção térmica.

Denomina-se condução térmica o processo de transferência de calor em que as partículas de uma região com maior temperatura transferem sua agitação térmica para as partículas de uma região vizinha com temperatura inferior.

A condução térmica depende do material de que um determinado objeto é feito. Os materiais que diminuem o fluxo de calor entre os corpos, impedindo que o calor entre ou saia de um corpo, são denominados isolantes térmicos, como é o caso da madeira, plástico, isopor, lã, entre outros. Já os materiais que transmitem facilmente calor de um corpo para o outro são considerados bons condutores térmicos, e os melhores exemplos desse tipo de material são os metais, que, por isso, são utilizados na confecção de panelas, ferros de passar, etc.

Os bons condutores térmicos apresentam um arranjo atômico ou molecular que tem a propriedade de transferir calor para os átomos ou moléculas em suas proximidades até que todo o objeto entre em equilíbrio térmico. Para compreender melhor, tomemos como exemplo uma barra metálica, que é uma boa condutora térmica. Aproximando-se uma das extremidades dessa barra de uma fonte de calor, as moléculas recebem energia e passam a vibrar com maior intensidade. Essa movimentação é transmitida para as moléculas de sua vizinhança, que também passam a vibrar e continuam transferindo energia até alcançar a outra extremidade da barra.

Para que ocorra a transferência de calor por condução térmica, é necessário que exista um meio material para que o calor possa propagar-se. Apesar de se tratar de um processo mais frequente em sólidos, também pode ocorrer nos gases e líquidos.

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A propriedade física que mensura o quanto um corpo pode conduzir calor é a condutibilidade térmica. Os bons condutores térmicos apresentam um alto valor de condutibilidade térmica, enquanto os isolantes possuem baixa condutibilidade térmica.

Outro fator que depende da condutibilidade térmica é a sensação térmica. Uma situação que descreve essa dependência é o fato de sentirmos a maçaneta metálica de uma porta mais fria do que a madeira da qual a porta é feita, mesmo as duas estando sob a mesma temperatura. Essa sensação térmica de frio ocorre porque a maçaneta tem a condutibilidade térmica maior do que a da madeira, portanto a transferência de calor da mão para a maçaneta ocorre mais rapidamente do que para a madeira.

Aplicações da condução térmica

Em nosso cotidiano, encontramos várias aplicações da condução térmica, tanto dos bons condutores quanto dos isolantes térmicos.

As panelas que utilizamos para cozinhar são feitas de ferro, que é um material que absorve melhor o calor recebido pela chama do fogão. Já o cabo da mesma penela é feito de madeira, que é um bom isolante térmico e não se aquece da mesma forma que a panela.

As caixas de isopor e os recipientes de plástico são utilizados para conservar a temperatura dos alimentos. Como são isolantes térmicos, esses materiais evitam as trocas de calor entre o alimento e o meio externo, e a temperatura mantém-se constante por muito mais tempo.

As latinhas de metal utilizadas para armazenar bebidas resfriam muito mais rápido do que as garrafas de vidro ou de plástico. Isso ocorre porque o metal é um bom condutor térmico e permite a saída do calor do líquido no interior da lata mais rapidamente.

Nos dias frios, usamos roupas feitas de lã, porque esta atua como isolante térmico, evitando que o nosso corpo perca calor para o ambiente.

O que acontece quando um corpo é aquecido em um recipiente com água colocado sobre a chama de um fogão a temperatura do líquido aumenta porque ele recebe o quê?

O que acontece quando o corpo é aquecido em um recipiente com água colocado sobre a chama de um fogão?

É transferida para uma panela que está sobre a chama de um fogão?

O que acontece quando o corpo é aquecido?