UNITAU 2017 (inverno) — questão 66 de Física

Gabarito CCalorimetria — calorímetro de escoamento (calor específico com vazão)Medicina · Vestibular de Inverno
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 66 de Física do UNITAU 2017 (inverno)

Enunciado em texto

Podemos usar o calorímetro de escoamento para medir o calor específico de um líquido. Essa técnica consiste em medir a diferença de temperatura entre os pontos de entrada e saída de uma corrente de líquido que recebe calor a uma taxa constante. Numa experiência em um laboratório, um líquido com densidade de 0,50 g/cm30{,}50\,g/cm^3 passava nesse calorímetro com vazão de 10,0 cm3/s10{,}0\,cm^3/s. No estado permanente, a diferença de temperatura, entre a entrada e a saída, era de 20oC20^{o}C, e o calorímetro fornecia calor ao líquido numa taxa de 420 J/s420\,J/s. Dado: 1cal=4,20J1cal = 4{,}20J

É CORRETO afirmar que o calor específico do líquido era de

a) 1,2 cal/g oC1{,}2\,cal/g\,{}^{o}C

b) 1,04 cal/g oC1{,}04\,cal/g\,{}^{o}C

c) 1,0 cal/g oC1{,}0\,cal/g\,{}^{o}C

d) 0,12 cal/g oC0{,}12\,cal/g\,{}^{o}C

e) 0,1 cal/g oC0{,}1\,cal/g\,{}^{o}C

(Enunciado: Vestibular de Inverno UNITAU 2017, Medicina — Universidade de Taubaté.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade de Taubaté (UNITAU).

Resolução comentada

O que a questão pede: o calor específico do líquido, a partir da vazão, do aquecimento e da potência do calorímetro.

Passo 1 — quantos gramas passam por segundo. A vazão está em volume; com a densidade, viramos massa:

mt=0,50 g/cm3×10,0 cm3/s\frac{m}{t} = 0{,}50\ \text{g/cm}^3 \times 10{,}0\ \text{cm}^3\text{/s}

mt=5,0 g/s\frac{m}{t} = 5{,}0\ \text{g/s}

Passo 2 — a potência em cal/s. As alternativas estão em calorias:

Qt=420 J/s4,20 J/cal=100 cal/s\frac{Q}{t} = \frac{420\ \text{J/s}}{4{,}20\ \text{J/cal}} = 100\ \text{cal/s}

Passo 3 — calor sensível, segundo a segundo. No estado permanente, cada grama que passa recebe o calor que o esquenta 20 °C. Dividindo Q=m c ΔθQ = m\,c\,\Delta\theta pelo tempo:

Qt=mt c Δθ\frac{Q}{t} = \frac{m}{t}\,c\,\Delta\theta

100=5,0×c×20100 = 5{,}0 \times c \times 20

c=1,0 cal/(g⋅∘C)c = 1{,}0\ \text{cal/(g}\cdot{}^{\circ}\text{C)}

⚠️ A armadilha: usar a vazão como se fosse massa (10 g/s) e esquecer a densidade: dá 0,5 cal/(g·°C), que não está nas alternativas. Ou não converter joule em caloria: 420/(5×20)=4,2420/(5 \times 20) = 4{,}2, que é o resultado em J/(g·°C), e não em cal/(g·°C).

A ideia em uma frase: no calorímetro de escoamento, a potência fornecida é (massa por segundo) × c × Δθ, e a massa por segundo é densidade vezes vazão.

Resposta: alternativa C (1,0 cal/g °C).

Vídeo em breve

A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.

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