Exercícios Resolvidos Calorimetria III

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Boa tarde, pessoal. Estamos de volta com nosso blog.

As férias são muito boas, mas trabalhar também é preciso!

Voltamos agora com alguns exercícios enviados por nossos fiéis seguidores. Falaremos novamente sobre Calorimetria.  Segue abaixo a lista de exercícios enviada:

1) Converta as seguintes temperaturas:

a) 1 K para ºF

b) 23ºF para ºC

c) 330ºC para ºF

Resolução:

Para as transformações de Escalas de Temperatura, utilizamos as seguintes equações:

  • a) Substituindo o valor de 1 K na segunda equação, teremos:

T(C) = – 272ºC

Substituindo o equivalente em graus Celsius do 1 Kelvin na primeira equação, teremos:

Resposta: T(F) = – 457,6 ºF

  • b) Nesse caso, utilizaremos apenas a primeira equação para resolver:

Resposta: T(C) = -5ºC

  • c) Nesse caso, utilizaremos novamente apenas a primeira equação para resolver:

Resposta: T(F) = -626ºF

 


2) Qual a diferença entre Calor Latente e Calor Sensível?

Resolução:

Como vimos em nossa Aula 1 – Calorimetria e Aula 2 – Calor Latente, podemos identificar esses dois calores como:

  • Calor Latente: é o calor que, quando adicionado ou removido do sistema, ocasionará em uma mudança de estado (fusão, condensação, evaporação, etc) sem haver alteração na temperatura do corpo.
  • Calor Sensível: é o calor que, quando adicionado ou removido do sistema, ocasionará em alteração em sua temperatura.

 


3) Qual a energia necessária para aquecer 3Kg de Álcool, inicialmente a 20ºC até a temperatura de 40ºC. Considerando que o calor específico (c) do álcool é igual a 0,58 cal/g.ºC.

Resolução:

Esse é um famoso caso de Calor Sensível, em que há um fornecimento de energia para um corpo, nesse caso o álcool, sendo que houve aumento em sua temperatura sem ter ocorrida alteração em sua fase.

Para calcular a energia (Q) necessária para aumentar a temperatura de 20ºC para 40ºC utilizaremos a seguinte equação:

Sem título

Com:

m = 3 Kg = 3000 g

c = 0,58 cal/g.ºC

Δθ = 40 – 20 = 20ºC

Portanto, teremos:

Resposta: Q = 34800 cal

 

 


4) 630 KJ de energia são utilizados para aquecer 10 kg de água. Considerando que o calor específico da água é 4,2 KJ/Kg.ºC e que a temperatura inicial da água é de 20ºC. Calcule a temperatura final da água após o aquecimento.

Resolução:

Neste exercício, utilizaremos o mesmo raciocínio do exercício anterior, porém, neste caso, teremos de encontrar um dado diferente, que é a temperatura final.

Uma atenção especial que teremos que ter neste caso são as unidades de energia, calor específico e da massa. A energia esta mensurada em KJ, o calor específico em 4,2 KJ/Kg.ºC e a massa em kg. Portanto, qual unidade usaremos? A resposta para isso é simples: utilizaremos, para massa e energia, as unidades expostas no calor específico, ou seja, Kg e KJ, respectivamente.

Utilizaremos então a equação de calor sensível:

Sem título

Com:

Q = 630 KJ

m = 10 Kg

c = 4,2 KJ/Kg.ºC

θi = 20ºC

Teremos então:

Teremos que Δθ = 15ºC = θf – θi

Portanto: θf = 20ºC + 15ºC

Resposta: θf = 35ºC

 


5) Qual a energia necessária para derreter 1500 g de mercúrio? Considere que o calor latente de fusão do mercúrio é 11,4 KJ/Kg.

Resolução:

Neste exercício, queremos calcular a quantidade de energia (Q) necessária para derreter (fundir) o mercúrio.

Este é um caso clássico de Calor Latente e Mudanças de Fase, onde todo o calor fornecido ao mercúrio será utilizado para quebrar suas ligações e mudar sua fase para estado líquido, sem que haja alteração em sua temperatura inicial.

Para isso, utilizaremos a seguinte equação:

Devemos, neste caso, também nos atentar às unidades dos dados que utilizaremos. Vemos que nosso Lf foi dado em KJ/Kg e a massa do mercúrio está em gramas, por isso, deveremos utilizar a massa em Kilogramas e nossa resposta será dada em kilojoules (KJ). Portanto:

m = 1500 g = 1,5 Kg

Resposta: Q = 17,1 KJ = 17100 J

 


6) Calcule a energia necessária para transformar 500g de gelo a -50ºC em vapor de água a 150ºC. Considere o calor específico da água igual a 1 cal/g.ºC. O calor latente de fusão da água igual a 80 cal/g e o calor latente de vaporização igual a 540 cal/g.

Resolução:

Nesse exercício, a água sofrerá diversas transformações até passar do estado sólido (gelo) até o estado gasoso (vapor).

A água receberá 5 tipos de calores diferentes, passando por diversos estágios, sendo que o calor total para completar a transformação é a soma dos 5 calores . Tenho uma aula sobre os estágios e gráficos de mudança de estado nessa aula. Então os 5 calores são:

  • Calor sensível do gelo (Qs1): calor que faz o gelo aumentar sua temperatura;
  • Calor latente de fusão (Qlf): calor necessário para derreter o gelo em água líquida;
  • Calor sensível da água líquida (Qs2): calor necessário para aquecer a água até 100ºC;
  • Calor latente vaporização (Qlv): calor necessário para vaporizar todo o líquido;
  • Calor sensível do vapor (Qs3): calor necessário para aquecer o vapor.

Com isso, teremos:

Sem título

Dados:

  • m = 500g
  • θ1 = -50ºC
  • θ2 = 0ºC
  • θ3 = 100ºC
  • θ4 = 150ºC
  • Lf = 80 cal/g
  • Lv = 540 cal/g
  • c = 1 cal/g.ºC

Os cálculos então são:

Qs1 = 500.1.(0-(-50))

Qs1 = 25000 cal

Qlf = 500.80

Qlf = 40000 cal

Qs2 = 500.1.(100 – 0)

Qs2 = 50000 cal

Qlv = 500.540

Qlv = 270000 cal

Qs3 = 500.1.(150 – 100)

Qs3 = 25000 cal

Portanto, a energia total é:

Resposta: Qtotal = 410000 cal


 

Ficou alguma dúvida, pessoal?

Os exercícios são de simples resolução, mas nós devemos nos atentar às unidades das propriedades.

Sigam nossa página e estudem as aulas relacionadas a Calorimetria:

Grande abraço, pessoal!

 

 

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