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Comando da Aeronáutica — Diretoria de Ensino · Comando da Aeronáutica 2021

Questão 31 — Física: Calorimetria — Calor Específico e Efeito Joule

Física Calorimetria — Calor Específico e Efeito Joule

Comando da Aeronáutica — Diretoria de Ensino 2021 Médio

Comando da Aeronáutica · Exame de Admissão aos CFOAV, CFOINT e CFOINF 2022 · Caderno Versão A

Gabarito disponível

Texto-base:
Nas questões de Física, quando necessário, utilize:
• aceleração da gravidade: g = 10 m/s²
• cos 30º = sen 60º = √3/2
• cos 60º = sen 30º = 1/2
• condutividade térmica do vidro: K = 0,8 W/(m·K)
• 1 atm = 1,0·10⁵ N/m²
• constante universal dos gases: R = 8,0 J/(mol·K)
• 1 L = 1 dm³
• 1 cal = 4 J
• calor específico da água: c = 1 cal/(g·ºC)
• velocidade da luz no vácuo: c = 3 x 10⁸ m/s
• constante de Planck: h = 6,6 x 10⁻³⁴ J·s
• carga elementar (e) = 1,6 x 10⁻¹⁹ C
• 1 Å = 10⁻¹⁰ m

Para determinar o calor específico de um objeto de material desconhecido, de massa igual a 600 g, um professor sugeriu aos seus alunos um experimento que foi realizado em duas etapas.
1ª etapa: no interior de um recipiente adiabático, de capacidade térmica desprezível, colocou-se certa quantidade de água que foi aquecida por uma resistência elétrica R. Utilizando-se de um amperímetro A e de um voltímetro V, ambos ideais, manteve-se a corrente e a voltagem fornecidas por uma bateria em 2 A e 20 V, conforme ilustrado na Figura 1.
Figura 1: recipiente tampado contendo água, com o termômetro T imerso e o resistor R submerso; o resistor está ligado a uma bateria externa, com um amperímetro A em série e um voltímetro V em paralelo.
Com a temperatura θ lida no termômetro T, obteve-se, em função do tempo de aquecimento Δt, o gráfico representado na Figura 2.
Figura 2: gráfico θ (°C) × Δt (min), reta crescente que parte de 20 °C em Δt = 0, passa por 30 °C em 8 min e por 40 °C em 16 min.
2ª etapa: repete-se a experiência, desde o início, desta vez, colocando o objeto de material desconhecido imerso na água. Sem alterar a quantidade de água, a corrente e a tensão no circuito elétrico, obteve-se o gráfico representado na Figura 3.
Figura 3: gráfico θ (°C) × Δt (min), reta crescente que parte de 20 °C em Δt = 0, passa por 28 °C em 8 min e por 36 °C em 16 min.
Considerando que, em ambas as etapas, toda energia elétrica foi dissipada por efeito Joule no resistor R, pode-se concluir que o calor específico do material de que é feito o objeto é, em cal/(g·°C) igual a
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Gabarito: B

Fonte: Gabarito preliminar: Gabarito oficial — Versão A