9 Questões sobre calorimetria que já caíram nos vestibulares e Enem

A calorimetria é o estudo das trocas de calor e os fenômenos existentes na transferência de energia térmica entre corpos. Tais dinâmicas fazem parte da Física e compõem os estudos da termologia. 

Conceitos como mudanças de estados físicos (gasoso, líquido e sólido), equilíbrio térmico e escalas termométricas são exemplos de temas que passam pela calorimetria.

Dessa forma, o assunto é frequentemente utilizado nos vestibulares para medir o conhecimento dos candidatos sobre Física. Confira a lista de questões sobre calorimetria que selecionamos no Banco de Questões do Estratégia Vestibulares e que já caíram nas provas, inclusive no Enem com resoluções de nossos professores!

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UFRGS (2024)

A figura abaixo apresenta as quantidades de calor Q, em joules (J), absorvidas por dois corpos, X e Y, de mesma massa, em função da temperatura T, medida na escala absoluta (K).

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Os valores das capacidades caloríficas Cₓ e Cᵧ dos corpos X e Y em J/K valem, respectivamente, …….. e …….. .

A razão entre os respectivos calores específicos cₓ e cᵧ, é cₓ/cᵧ = …….. .

A 42 – 14 − 3
B 42 – 21 − 2
C 21 – 42 – 1/2
D 21 – 42 – 2
E 14 – 42 – 3

Enem (2020)

Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26 °C a 28 °C), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam-se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4,0 kJ kg⁻¹ e a densidade 1 kg L⁻¹.

Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para a redução da temperatura da água do aquário?

A 4,0 °C
B 3,6 °C
C 0,9 °C
D 0,6 °C
E 0,3 °C

Resposta:

O exercício traz a noção de que a potência se relaciona com a variação da energia como tempo. Como temos uma variação de temperatura, a energia se relaciona com o calor sensível:

Devemos converter o tempo para segundos, já que o Watt é equivalente ao Joule pelo segundo. Também precisamos converter o calor específico para J, fazendo a multiplicação por 1000. Por fim, sendo a massa específica da água de 1 𝑘𝑔 𝐿⁻¹, sabemos que os 50 l equivalem a 50 kg:

Como o passo da escala Kelvin é o mesmo da Celsius, temos uma variação de 0,9 °C.

Alternativa correta: C

UEA (2013)

Segundo o Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC), a precipitação média anual em Manaus é cerca de 2 200 litros por metro quadrado e a variação anual da temperatura média mensal é da ordem de 2,0 oC.Sendo a massa específica da água 1,0 kg/L e seu calor específico 4,2 × 10³ J/kg · ºC, a quantidade de calor, em joules, necessária para aquecer 2 200 litros de água de 2,0 ºC é igual a

A 4,40 × 10³
B 4,40 × 10³
C 1,85 × 10⁴
D 9,24 × 10⁶
E 1,85 × 10⁷

UECE (2024) (2ª fase)

O copo Stanley (copo térmico) consiste em um dispositivo muito comum que pode ilustrar princípios fundamentais da física relacionados à transferência de calor e isolamento térmico. Ele é famoso pelo fato de funcionar como um bom isolante térmico mantendo as bebidas quentes ou frias por longos períodos de tempo. Sobre as propriedades térmicas do copo Stanley são feitas as seguintes afirmações:

I. Suas paredes duplas separadas por vácuo ajudam a evitar trocas de calor entre o líquido contido no copo e o meio externo.
II. A corrente de convecção tende a se estabelecer mais facilmente quando o copo contém líquido gelado, sendo necessário o uso de tampa para evitá-la.
III. A superfície interna do copo Stanley é construída com um material que tende a evitar trocas de calor ou irradiação térmica.

É correto o que se afirma somente em

A I e II.
B I e III.
C II.
D III.

Fuvest (2014)

No sistema cardiovascular de um ser humano, o coração funciona como uma bomba, com potência média de 10 W, responsável pela circulação sanguínea. Se uma pessoa fizer uma dieta alimentar de 2500 kcal diárias, a porcentagem dessa energia utilizada para manter sua circulação sanguínea será, aproximadamente, igual a

Note e adote:

1 cal = 4 J

A 1%
B 4%
C 9%
D 20%
E 25%

Resposta:

Vamos usar a definição de potência, porém adaptando-a aos dados fornecidos:

𝑃𝑜𝑡 = ∆𝐸/∆𝑡 Potência média

Adotando que ∆𝐸 = 2500𝑘𝑐𝑎𝑙, como a energia diária (24 horas). Devemos converter as unidades para descobrirmos a potência média do corpo humano:

Vamos deixar dessa maneira pois é uma questão objetiva, e as alternativas estão bastante espaçadas, ou seja, os seus respectivos valores não são próximos. Com isso, podemos fazer uma estimativa para descobrir a resposta correta.

Essa é a potência média do corpo. A potência média do coração é de 10𝑊. Então vamos fazer uma regra de 3 para determinar o percentual que a potência do músculo cardíaco representa da potência média do corpo.

Como as grandezas são diretamente proporcionais, podemos efetuar a multiplicação cruzada dos valores:

Repetindo a fração do numerador e dividindo pelo inverso da fração do denominador:

Agora não temos escapatória. Aluno, sugiro começar pela divisão para depois efetuar a multiplicação.

𝑥 = 6∙1,44 = 8,64 ≅ 9%

Alternativa correta: C

IME (2024)

Um projétil de chumbo está a uma temperatura de 175 °C quando atinge uma parede e nela se aloja. Considere que 25% da energia cinética do projétil imediatamente antes da colisão permaneça nele como energia interna.

Dados:

• calor específico do chumbo: 125 J/(kg.°C);
• temperatura de fusão do chumbo: 327 °C;
• calor latente de fusão do chumbo: 26.000 J/kg.

Se a energia interna que permanece após o projétil atingir a parede é justamente a mínima para que ocorra a fusão total do chumbo, a velocidade do projétil imediatamente antes da colisão, em m/s, é:

A 30
B 150
C 400
D 450
E 600

Resposta:

Alternativa correta: E

IFPR (2017)

Em um dia ensolarado no verão de Salvador, um turista passeia na praia às 10h da manhã e observa que a areia está quente e a água do mar gelada. Ao repetir o passeio às 22h, ele percebe que a areia já está fria e a água do mar permanece agradavelmente morna. Podemos explicar este fenômeno da seguinte forma:

A a areia resfria rapidamente na ausência dos raios solares devido à sua massa específica que é maior que a da água do mar.
B a areia apresenta maior calor específico e maior massa específica do que os apresentados pela água do mar.
C a areia apresenta calor específico significativamente menor do que o calor específico da água do mar.
D por apresentar calor específico maior, a areia sofre rápido aquecimento na presença dos raios solares.

UFGD (2024)

A potência elétrica útil de um chuveiro é de 5.600W e a vazão da água, inicialmente a 20 °C, é de 8 litros por minuto. Considerando que o calor específico da água é de 1 cal/g.°C, a densidade da água é de 1 kg/L e uma caloria é aproximadamente 4,2 J, bem como que a única troca de calor se dá entre a resistência elétrica do chuveiro e a água, assinale a alternativa que indica a temperatura da água imediatamente ao sair chuveiro.

A 52,0 °C
B 30,0 °C
C 20,2 °C
D 10,0 °C
E 100,0 °C

Resposta:

A potência é definida a partir da seguinte relação:

A quantidade de calor sensível é dada pelo produto da massa da substância, seu calor específico e a variação de temperatura sofrida por esta.

Q = m ⋅ c ⋅ ΔT

Ao se supor que toda a energia foi transferida para a água, então podemos escrever:

Assim, a temperatura final fica:

Alternativa correta: B

Uerj (2022)

Após o processo de usinagem, uma peça de alumínio com massa de 500 g atinge a temperatura de 80 ºC. Para ser manuseada, essa peça é imediatamente imersa em um recipiente que contém 1000 g de água a 22,2 °C.

Sabe-se que o calor específico da água é igual a 1,00 cal/g °C e o do alumínio, a 0,22 cal/g °C. Admita que só ocorra troca de calor entre a peça e a água.

Nessas condições, a temperatura de equilíbrio térmico, em ºC, é aproximadamente igual a:

A 25
B 28
C 31
D 34

Resposta:

Devemos fazer o equilíbrio térmico entre a peça de alumínio e a água:

Alternativa correta: B

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