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Professor Diminoi TERMOLOGIA  Termologia (termo = calor, logia = estudo) é a parte da Física encarregada de estudar o calor e seus efeitos sobre a matéria. A termologia está intimamente ligada à energia térmica, estudando a transmissão dessa energia e os efeitos produzidos por ela quando é fornecida ou retirada de um corpo. Temperatura - É a grandeza que mede o estado de agitação das moléculas. Quanto mais quente estiver uma matéria, mais agitadas estarão suas moléculas. Assim, a temperatura é o fator que mede a agitação dessas moléculas, determinando se uma matéria está quente, fria, etc.
Calor - É a energia que flui de um corpo com maior temperatura para outro de menor temperatura. Como sabemos, a unidade de representação de qualquer forma de energia é o joule (J), porém, para designar o calor, é adotada uma unidade prática denominada caloria, em que 1 cal = 4,186 J.
Energia interna de um sistema (U) - As partículas de um sistema têm vários tipos de energia, e a soma de todas elas é o que chamamos Energia interna de um sistema. Para que este somatório seja calculado, são consideradas as energias cinéticas de agitação, potencial de agregação, de ligação e nuclear entre as partículas. Nem todas estas energias consideradas são térmicas. Ao ser fornecida a um corpo energia térmica, provoca-se uma variação na energia interna deste corpo. Esta variação é no que se baseiam os princípios da termodinâmica. Ou seja, a energia interna é a energia que um sistema de partículas possui em virtude tanto do seu grau de agitação, quanto da sua interação. Onde: U = energia interna do gás; n = número de mol do gás; R = constante universal dos gases perfeitos; T = temperatura absoluta (kelvin). Equilíbrio térmico - é o estado em que a temperatura de dois ou mais corpos são iguais. Assim, quando um corpo está em equilíbrio térmico em relação a outro, cessam os fluxos de troca de calor entre eles. TERMOMETRIA Termometria - É a parte de termologia que se preocupa com a medida da temperatura e o instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro. ESCALAS TERMOMÉTRICAS Escala Celsius - É a escala usada no Brasil e na maior parte dos países, oficializada em 1742 pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius (1701-1744). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (0°C) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (100°C). Curiosidade: quando Anders Celsius (1701 – 1744) criou a escala de Celsius, inventou de forma contrária que, o 0°C seria o ponto de ebulição da água e 100°C seria o ponto de congelamento. Isso foi revertido no ano de sua morte por Carolus Linnaeus. Escala Fahrenheit - Outra escala bastante utilizada, principalmente nos países de língua inglesa, principalmente Estados Unidos e Inglaterra criada em 1708 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (32°F) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (212°F).
Escala Kelvin - Também conhecida como escala absoluta, foi verificada pelo físico inglês William Thompson (1824-1907), também conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como pontos de referência a temperatura de congelamento da água sob pressão normal (273K) e a temperatura de ebulição da água sob pressão normal (373K). Esta escala só os cientistas que usam em laboratórios, para seus cálculos em fins científicos. Obervação: por convenção, não se usa "grau" para esta escala, ou seja 0 K, lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin. Em comparação com a escala Celsius: Conversão entre escalas termométricas O que são graus Rankine? Os graus Rankine (com o símbolo ºR ou ºRa) foram propostos no séc. XIX. Foi William John Macquorn Rankine, físico escocês, que deu nome a esta escala de temperatura. Assim, 0ºR é o zero absoluto da escala. A variação de um grau Rankine é equiparável à variação de um grau Fahrenheit, por exemplo. Não é uma medida muito utilizada, mas ainda se pode ver em alguns campos na área da engenharia, nomeadamente nos Estados Unidos da América. O que são graus Réaumur? Os pontos fixos da escala Réaumur (ºRe ou ºRé) são o ponto de congelamento da água (que corresponde a 0°Ré) e o seu ponto de ebulição (a 80°Ré). O termómetro deverá conter álcool diluído e foi construído sob o princípio de tomar o ponto de congelamento da água como zero. A escala Réaumur é uma escala de temperatura proposta pelo físico francês René-Antoine Ferchault de Réaumur. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS – ESCALAS TERMOMÉTRICAS 01) (ITA) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60ºC. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit? A) 33ºF B) 60ºF C) 92ºF D) 108ºF E) 140ºF Resolução: Para fazer a conversão da escala Celsius para a escala Fahrenheit, usa-se a seguinte fórmula: ΔTC/5 = ΔTF/9 Substituindo 60°C da equação acima, temos 60/5 = ΔTF/9 12 = ΔTF/9 ΔTF = 12.9 ΔTF = 108 °F Alternativa: D 02) (Unesp 2003) Uma panela com água é aquecida de 25°C para 80°C. A variação de temperatura sofrida pela panela com água, nas escalas Kelvin e Fahrenheit, foi de: A) 32 K e 105°F. B) 55 K e 99°F. C) 57 K e 105°F. D) 99 K e 105°F. E) 105 K e 32°F. Resolução: Primeiro precisamos saber qual foi a variação na escala Celsius. Esse valor é obtido através da diferença entre o valor final e o valor inicial: ΔC = C2 - C1 ΔC = 80-25 ΔC = 55 °C Quando a temperatura varia 1° na escala Celsius, ela sofre a mesma variação na escala Kelvin. Portanto, se a variação foi de 55° na escala Celsius, também foi de 55 em na escala Kelvin. Na escala Fahrenheit, essa mesma variação é dada por: C/5 = F/9 Substituindo C por 55, temos: 55/5 = F/9 11 = F/9 F = 9.11 F = 99 °F Alternativa: B 03) Julgue as afirmações abaixo: I – A escala Celsius atribui 0° para o ponto de fusão do gelo e 100º para o ponto de ebulição da água; II – O limite inferior para a escala Kelvin corresponde a -273°C; III – 1°C equivale a 1°F. Estão corretas: A) I e II apenas B) I e III apenas C) I, II e III D) II e III apenas E) I apenas Resolução: A afirmação I e II estão corretas. A afirmativa III é incorreta porque 1º Celsius equivale a 1,8°F. Alternativa: A 04) Existe uma temperatura que tem o mesmo valor na escala Celsius e na escala Fahrenheit. Qual é essa temperatura? Resolução: C/C = F – 32/9 Se F = C, podemos reescrever a equação C/5 = C – 32/9 9C = 5(C-32) 9C = 5C - 160 9C - 5C = -160 4C = -160 C = -160/4 C = - 40º A temperatura que coincide nas escalas Celsius e Fahrenheit é - 40°. 05) (Mackenzie SP/2006) Um viajante, ao desembarcar no aeroporto de Londres, observou que o valor da temperatura do ambiente na escala Fahrenheit é o quíntuplo do valor da temperatura na escala Celsius. Essa temperatura é de: A) 5°C B) 10 °C C) 15 °C D) 20 °C E) 25 °C Resolução: Chamando essa temperatura na escala Celsius de x, temos: C = x F = 5x A fórmula de conversão entre as duas escalas é: C/5 = (F – 32)/9 Substituindo, temos: x/5 = (5x – 32)/9 Multiplicando cruzado, temos: 9x = 25x – 160. Isolando x, temos: -16x = -160 x = -160/-16 x = 10 Logo C = 10°C e F = 50 °F Alternativa: B 06) (UFAC/AC/2004) Uma variação de temperatura de 300K equivale na escala Fahrenheit à uma variação de: A) 540 ºF B) 54 ºF C) 300 ºF D) 2700 ºF E) n.d.a Resolução: ΔK/100 = ΔF/180 300/100 = ΔF/180 3 = ΔF/180 ΔF = 540 °F Alternativa: A 07) A temperatura é uma grandeza física que mede: A) grau de agitação das moléculas B) calor C) pressão D) volume E) densidade Resolução: A temperatura é a medida do grau de agitação das moléculas de um corpo. Alternativa: A 08) O calor é definido como uma energia térmica que flui entre os corpos. O fluxo de calor entre dois corpos em contato se deve inicialmente a: A) temperaturas dos corpos serem iguais B) temperatura dos corpos serem diferentes C) os corpos estarem muito quentes D) os corpos estarem muito frios E) nda Resolução: O calor será trocado entre os corpos até que ocorra o equilíbrio térmico entre eles. Alternativa: B 09) Maria usou um livro de receitas para fazer um bolo de fubá. Mas, ao fazer a tradução do livro do inglês para o português, a temperatura permaneceu em Fahrenheit (ºF). A receita disse que o bolo deve ser levado ao forno a 392 ºF e permanecer nessa temperatura por 30 minutos. Qual é a temperatura em graus Celsius que Maria deve deixar o forno para não errar a receita? Resolução: Para resolver essa questão, podemos usar a seguinte expressão: ºC = (ºF –
32) Assim, temos: ºC = (392– 32) = 200 ºC TERMOMETRIA – TEXTES 01) (FAFIPAR) Existem duas escalas termométricas que só admitem temperaturas positivas. São elas: E) Celsius e Fahrenheit. B) Fahrenheit e Kelvin. C) Kelvin e Rankine. D) Rankine e Reaumur. E) Reaumur e Celsius. 02) (ITA) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60ºC. Qual o valor desta diferença na escala Fahrenheit? A) 33ºF B) 60ºF C) 92ºF D) 108ºF E) 140ºF 03) (FIA-SP) Um termômetro foi graduado segundo uma escala arbitrária X, de tal forma que as temperaturas 10ºX e 80ºX correspondem a 0ºC e 100ºC, respectivamente. A temperatura em X que corresponde a 50ºC é: A) 40ºX B) 45ºX C) 50ºX D) 55ºX E) 60ºX 04) (UF-Londrina) Uma escala termométrica E adota os valores –10ºE para o ponto de gelo e 240ºE para o ponto de vapor. Qual a indicação que na escala E corresponde a 30ºC? A) 55ºE B) 65ºE C) 66ºE D) 54ºE E) 38ºE 05) (MACKENZIE) Um turista brasileiro sente-se mal durante a viagem e é levado inconsciente a um hospital. Após recuperar os sentidos, sem saber em que local estava, é informado de que a temperatura de seu corpo atingira 104 graus, mas que já “caíra” de 5,4 graus. Passado o susto, percebeu que a escala termométrica utilizada era a Fahrenheit. Desta forma, na escala Celsius, a queda de temperatura de seu corpo foi de: A) 1,8ºC B) 3,0ºC C) 5,4ºC D) 6,0ºC E) 10,8ºC 06) (UNIBAN-SP) Ao utilizar um termômetro de mercúrio para medir a temperatura de uma pessoa, um médico percebeu que a escala do instrumento estava apagada entre os valores 36,5ºC 40ºC. Para saber a temperatura do paciente, o medico mediu o comprimento da escala do instrumento (de 35ºC a 45°C), encontrando 5,0cm. Em seguida mediu a altura da coluna de mercúrio correspondente à temperatura da pessoa, encontrando 1,5cm. Qual a temperatura determinada pelo médico? A) 18ºC B) 26ºC C) 24ºC D) 30ºC E) 38ºC 07) A escala de temperatura Fahrenheit foi inventada pelo cientista alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 – 1736). Ele teria usado para 0°F a temperatura do dia mais frio de 1727, na Islândia, marcada por um amigo e para 100°F a temperatura do corpo da sua esposa, num determinado dia. Se isso é verdade, então: A) no ano de 1727, na Islândia, a temperatura atingiu marcas inferiores a -20°C; B) no ano de 1727, na Islândia, a temperatura não atingiu marcas inferiores a -10°C; C) nesse dia, a sua esposa estava com febre; D) nesse dia, a sua esposa estava com a temperatura inferior à normal (37°C); E) é impossível, pois 100°F corresponde a uma temperatura superior à máxima possível para o ser humano. 08) (MACKENZIE) Ao nível do mar, mediante os termômetros, um graduado da escala Celsius e outro na escala Fahrenheit, determinamos a temperatura de certa massa de água líquida. A diferença entre as leituras dos dois termômetros é 100. A temperatura dessa massa de água na escala Kelvin é: A) 85K B) 108K C) 273K D) 358K E) 438K 09) (FATEC – SP) Certo dia, um viajante verificou que a temperatura local acusava X°F. Se a escala utilizada tivesse sido a Celsius, a leitura seria 52 unidades mais baixa. Essa temperatura é: A) agradável B) 50°C C) 84°C D) 100°C E) acima de 100°C 10) (MACKENZIE) O quíntuplo de uma certa indicação de temperatura registrada num termômetro graduado na escala Celsius excede em 6 unidades o dobro da correspondente indicação na escala Fahrenheit. Esta temperatura, medida na escala Kelvin, é de: A) 50K B 223K C) 273K D) 300K E) 323K GABARITO 01C - 02D - 03B - 04B - 05B - 06E - 07C - 08D - 09A - 10E - EXERCÍCIOS: 01) (FATEC-SP) Lord Kelvin (título de nobreza dado ao célebre físico William Thompson, 1824-1907) estabeleceu uma associação entre a energia de agitação das moléculas de um sistema e a sua temperatura. Deduziu que a uma temperatura de -273,15 ºC, também chamada de zero absoluto, a agitação térmica das moléculas deveria cessar. Considere um recipiente com gás, fechado e de variação de volume desprezível nas condições do problema e, por comodidade, que o zero absoluto corresponde a –273 ºC. É correto afirmar: A) O estado de agitação é o mesmo para as temperaturas de 100 ºC e 100 K. B) À temperatura de 0 ºC o estado de agitação das moléculas é o mesmo que a 273 K. C) As moléculas estão mais agitadas a –173oC do que a –127 ºC. D) A -32 ºC as moléculas estão menos agitadas que a 241 K. E) A 273 K as moléculas estão mais agitadas que a 100 ºC. 02) (UNIFESP-SP) O texto a seguir foi extraído de uma matéria sobre congelamento de cadáveres para sua preservação por muitos anos, publicada no jornal O Estado de S. Paulo de 21.07.2002.
Após a morte clínica, o corpo é resfriado com gelo. Uma injeção de anticoagulantes é aplicada e um fluido especial é bombeado para o coração, espalhando-se pelo corpo e empurrando para fora os fluidos naturais. O corpo é colocado numa câmara com gás nitrogênio, onde os fluidos endurecem em vez de congelar. Assim que atinge a temperatura de –321º, o corpo é levado para um tanque de nitrogênio líquido, onde fica de cabeça para baixo. Na matéria, não consta a unidade de temperatura usada. Considerando que o valor indicado de –321º esteja correto e que pertença a uma das escalas, Kelvin, Celsius ou Fahrenheit, pode-se concluir que foi usada a escala: A) Kelvin, pois trata-se de um trabalho científico e esta é a unidade adotada pelo Sistema Internacional. B) Fahrenheit, por ser um valor inferior ao zero absoluto e, portanto, só pode ser medido nessa escala. C) Fahrenheit, pois as escalas Celsius e Kelvin não admitem esse valor numérico de temperatura. D) Celsius, pois só ela tem valores numéricos negativos para a indicação de temperaturas. E) Celsius, por tratar-se de uma matéria publicada em língua portuguesa e essa ser a unidade adotada oficialmente no Brasil. 03) (CEFET-MG) Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de A) 12 B) 21 C) 263 D) 285 E) 24 04) (UNESP-SP) Um estudante desenvolve um termômetro para ser utilizado especificamente em seus trabalhos de laboratório. Sua idéia é medir a temperatura de um meio fazendo a leitura da resistência elétrica de um resistor, um fio de cobre, por exemplo, quando em equilíbrio térmico com esse meio. Assim, para calibrar esse termômetro na escala Celsius, ele toma como referências as temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água. Depois de várias medidas, ele obtém a curva apresentada na figura. A correspondência entre a temperatura T, em °C, e a resistência elétrica R, em Ω, é dada pela equação A) T = 100.(R – 16) / 6,6. B) T = 100.6,6 / (R – 16). C) T = (R – 6,6) / (6,6.100). D) T = 100.(R – 16) / 16. E) T = 100.(R – 6,6) / 16. 05) (UNIFESP-SP) Quando se mede a temperatura do corpo humano com um termômetro clínico de mercúrio em vidro, procura-se colocar o bulbo do termômetro em contato direto com regiões mais próximas do interior do corpo e manter o termômetro assim durante algum tempo, antes de fazer a leitura. Esses dois procedimentos são necessários porque: A) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. B) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. C) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso evitar a interferência do calor específico médio do corpo humano. D) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque o calor específico médio do corpo humano é muito menor que o do mercúrio e do vidro. E) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo. 06) (UNIUBE-MG) Foram colocadas dois termômetros em determinada substância, a fim de medir = sua temperatura. Um deles, calibrado na escala Celsius, apresenta um erro de calibração e acusa apenas 20% do valor real. O outro, graduado na escala Kelvin, marca 243 K. A leitura feita no termômetro Celsius é de A) 30º B) 6º C) 0º D) – 6º E) – 30º 07) (FMTM-MG) A fim de diminuir o risco de explosão durante um incêndio, os botijões de gás possuem um pequeno pino com aspecto de parafuso, conhecido como plugue fusível. Uma vez que a temperatura do botijão chegue a 172ºF, a liga metálica desse dispositivo de segurança se funde, permitindo que o gás escape. Em termos de nossa escala habitual, o derretimento do plugue fusível ocorre, aproximadamente, a A) 69ºC. B) 78ºC. C) 85ºC. D) 96ºC. E) 101ºC. 08) (UNESP-SP) Um termoscópio é um dispositivo experimental, como o mostrado na figura, capaz de indicar a temperatura a partir da variação da altura da coluna de um líquido que existe dentro dele. Um aluno verificou que, quando a temperatura na qual o termoscópio estava submetido era de 10oC, ele indicava uma altura de 5 mm. Percebeu ainda que, quando a altura havia aumentado para 25 mm, a temperatura era de 15oC. Quando a temperatura for de 20oC, a altura da coluna de líquido, em mm, será de A) 25 B) 30 C) 35 D) 40 E) 45 09) (PUC-PR) Dona Maria do Desespero tem um filho chamado Pedrinho, que apresentava os sintomas característicos da gripe causada pelo vírus H1N1: tosse, dor de garganta, dor nas articulações e suspeita de febre. Para saber a temperatura corporal do filho, pegou seu termômetro digital, entretanto, a pilha do termômetro tinha se esgotado. Como segunda alternativa, resolveu utilizar o termômetro de mercúrio da vovó, porém, constatou que a escala do termômetro tinha se apagado com o tempo, sobrando apenas a temperatura mínima da escala 35oC e a temperatura máxima de 42oC. Lembrou-se, então, de suas aulas de Termometria do Ensino Médio. Primeiro ela mediu a distância entre as temperaturas mínima e máxima e observou h = 10 cm. Em seguida, colocou o termômetro embaixo do braço do filho, esperou o equilíbrio térmico e, com uma régua, mediu a altura da coluna de mercúrio a partir da temperatura de 35oC, ao que encontrou h = 5 cm. Com base no texto, assinale a alternativa CORRETA. A) Pedrinho estava com febre, pois sua temperatura era de 38,5oC. B) Pedrinho não estava com febre, pois sua temperatura era de 36,5oC. C) Uma variação de 0,7oC corresponde a um deslocamento de 0,1 cm na coluna de mercúrio. D) Se a altura da coluna de mercúrio fosse h = 2 cm a temperatura correspondente seria de 34oC. E) Não é possível estabelecer uma relação entre a altura da coluna de mercúrio com a escala termométrica. 10) (CFT-MG) O gráfico abaixo mostra como estão relacionadas as escalas termométricas Celsius e Fahrenheit. No inverno, a temperatura, na cidade de Nova York, chega a atingir o valor de 10,4 ºF. Na escala Celsius, esse valor corresponde a A) – 12,0. B) – 13,6. C) – 38,9. D) – 42,0. 11) (ETEC) Lei o texto e responda a questão 32. O lugar mais frio do mundo Ainda existe um lugar na Terra, onde o homem jamais pisou. Ele se chama Ridge A (“cordilheira A”, em inglês), fica 4 mil metros de altitude – 30 % mais alto que a cidade de La Paz, na Bolívia – e está a 600 quilômetros do Polo Sul. Mas a principal característica desse lugar, que acaba de ser revelado por imagens de satélite, é outra: Ridge A é o ponto mais frio da face da Terra, com temperatura média de 70 graus Celsius negativos. Até então, acreditava-se que o lugar mais frio do mundo fosse o lago Vostok, na Antártida, que chegou a registrar 90 graus Celsius negativos. Mas isso foi uma exceção. “ Na média, Ridge A é muito mais frio do que o lago Vostok ou qualquer outro lugar conhecido”, afirma Will Saunders, astrônomo da Universidade de New South Wales e descobridor do lugar. Adaptado de: Revista Super Interessante. Edição 271, p. 32, Novembro 2009. Diferentemente de nós, que usamos a escala de temperatura Celsius, os americanos utilizam a escala de temperatura Fahrenheit. Se esse texto fosse dirigido a estudantes americanos, como seria expressa a temperatura de – 70°C? A) 0°F B) – 60°F C) – 55°F D) – 40°F E) – 94°F 12) (UNICAMP-SP) Em uma determinada região do planeta, a temperatura média anual subiu de 13,35 ºC em 1995 para 13,8 ºC em 2010. Seguindo a tendência de aumento linear observada entre 1995 e 2010, a temperatura média em 2012 deverá ser de A) 13,83ºC B) 13,86ºC C) 13,92ºC D) 13,89ºC 13) (UNICAMP-SP) Em algumas extrações de ouro, sedimentos de fundo de rio e água são colocados em uma bateia, recipiente cônico que se assemelha a um funil sem o buraco. Movimentos circulares da bateia permitem que o ouro metálico se deposite sob o material sólido ali presente. Esse depósito, que contém principalmente ouro, é posto em contato com mercúrio metálico; o amálgama formado é separado e aquecido com um maçarico, separando-se o ouro líquido do mercúrio gasoso. Numa região próxima dali, o mercúrio gasoso se transforma em líquido e acaba indo para o leito dos rios. Os três segmentos acima grifados se referem, respectivamente, às seguintes propriedades: A) peso, temperatura de gaseificação e temperatura de liquefação. B) densidade, temperatura de sublimação e temperatura de fusão. C) peso, temperatura de ebulição e temperatura de fusão. D) densidade, temperatura de ebulição e temperatura de liquefação GABARITO: 01B – 02C – 03A – 04A – 05B – 06D – 07B – 08E – 09A – 10A – 11E – 12D - 13B. TRANSMISSÃO DE CALOR Transmissão de calor - É a propagação do calor entre dois sistemas pode ocorrer através de três processos diferentes: a condução, a convecção e a irradiação. Condução - Como detalharemos adiante, é um processo lento de transmissão de energia, de molécula para molécula, sempre no sentido das temperaturas mais altas para as mais baixas. Convecção - As partes diferentemente aquecidas de um fluido movimentam-se no seu interior devido às diferenças de densidades das porções quente e fria do fluido. Tanto a convecção como a condução não podem ocorrer no vácuo, pois necessitam de um meio material para que possam ocorrer.
Irradiação - É a propagação de energia através de ondas eletromagnéticas. Quando a energia dessas ondas é absorvida por um corpo, intensifica-se a agitação de suas moléculas, acarretando aumento de temperatura. Esse tipo de propagação energética pode ocorrer no vácuo. Isolante Térmico - É todo equipamento ou recipiente que evita/dificulta a troca de calor da parta interna com o maio. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - TRANSMISSÃO DE ACLOR 01) (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: A) radiação e convecçãoB) radiação e condução Cc) convecção e radiação D) condução e convecção E) condução e radiação Resolução: Primeiramente o calor da chama propaga-se através da parede do fundo da panela por condução. O calor é transferido para a parte inferior da água e é transmitido para o restante por meio do processo de convecção térmica. Portanto, os dois processos que ocorrem durante a transmissão de calor são condução e Alternativa: D 02) (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível: A) no vácuo B) nos sólidos C) nos líquidos D) nos gases E) nos fluidos em geral. Resolução: A transmissão de calor por convecção ocorre nos líquidos e nos gases em razão da diferença de densidade entre as partes internas desses fluidos. Alternativa: E 03) Sobre a transmissão de calor por condução, é correto afirmar que: A) ocorre somente nos sólidos; B) pode ocorrer no vácuo; C) caracteriza-se pela transmissão de calor entre partículas em razão da diferença de temperatura; D) caracteriza-se pelo transporte de matéria entre regiões de um fluído em razão da diferença de densidade. Resolução: No processo de transmissão de calor por condução, ocorre uma transferência da agitação térmica de partículas de uma região de maior temperatura para outra de menor temperatura. Isso só é possível em meios materiais. Alternativa: C 04) Observe as afirmações a seguir: O Sol aquece a Terra por meio do processo de _____________ térmica; As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de transmissão de calor por _______________; Os aparelhos de ar-condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o processo de __________________. As palavras que completam as frases acima corretamente de acordo com os princípios físicos dos processos de transmissão de calor são, respectivamente: A) condução, convecção, irradiação; B) convecção, irradiação, condução; C) irradiação, convecção, condução; D) irradiação, condução, convecção; E) condução, irradiação, convecção. Resolução: 1-O Sol aquece a Terra por meio do processo de irradiação térmica, o que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas que podem propagar-se no vácuo; 2-As panelas são feitas de metal porque esses materiais têm maior capacidade de transmissão de calor por condução, uma vez que eles possuem maior quantidade de cargas livres que podem fazer o transporte de calor entre as partículas que os constituem. 3-Os aparelhos de ar-condicionado devem ficar na parte superior de uma sala para facilitar o processo de convecção. Portanto, as palavras que completam as afirmações são: Alternativa: D QUESTÕES DE VESTIBULARES - TRANSMISSÃO DE CALOR 01) Sabe-se que a temperatura do café se mantém razoavelmente constante no interior de uma garrafa térmica perfeitamente vedada. a) Qual o principal fator responsável por esse bom isolamento térmico? b) O que acontece com a temperatura do café se a garrafa térmica for agitada vigorosamente? Explique sua resposta. 02) (UNISA-SP) Uma panela com água está sendo aquecida num fogão. O calor das chamas se transmite através da parede do fundo da panela para a água que está em contato com essa parede e daí para o restante da água. Na ordem desta descrição, o calor se transmitiu predominantemente por: A) radiação e convecção 03) (UFES) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o contém dentro de um recipiente com gelo. Para que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relação ao vidro, um maior valor de: A) condutividade térmica 04) (UNIFENAS) A transmissão de calor por convecção só é possível: A) no vácuo 05) (UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à: A) convecção do ar aquecido 06) Assinale a alternativa correta: A) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo. 07) (FAPIPAR – PR) Uma carteira escolar é construída com partes de ferro e partes de madeira. Quando você toca a parte de madeira com a mão direita e a parte de ferro com a mão esquerda, embora todo o conjunto esteja em equilíbrio térmico: A) a mão direita sente mais frio que a esquerda, porque o ferro conduz melhor o calor; 08) (FMABC – SP) Atualmente, os diversos meios de comunicação vêm alertando a população para o perigo que a Terra começou a enfrentar já há algum tempo: o chamado efeito estufa! Tal efeito é devido ao excesso de gás carbônico, presente na atmosfera, provocado pelos poluentes dos quais o homem é responsável direto. O aumento de temperatura provocado pelo fenômeno deve-se ao fato de que: A) a atmosfera é transparente á energia radiante e opaca para as ondas de calor; 09) (UNITAU – SP) Num dia quente você estaciona o carro num trecho descoberto e sob um sol causticante. Sai e fecha todos os vidros. Quando volta, nota que “o carro parece um forno”. Esse fato se dá porque: A) o vidro é transparente à luz solar e opaco ao calor; 10) (MACKENZIE) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180mm e 2,5mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo é: A) 200 GABARITO 01 – (a) A condução não ocorre no vácuo. (b) Aumenta, pois há transformação de energia mecânica em térmica - 02D- 03A – 04E – 05A - 06C – 07D – 8A – 09A – 10D - TESTES DE VESTIBULARES - TRANSMISSÃO DE CALOR 01) (Unifesp SP/1Fase) Quando se mede a temperatura do corpo humano com um termômetro clínico de mercúrio em vidro, procura-se colocar o bulbo do termômetro em contato direto com regiões mais próximas do interior do corpo e manter o termômetro assim durante algum tempo, antes de fazer a leitura. Esses dois procedimentos são necessários porque: a) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. b) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque demanda sempre algum tempo para que a troca de calor entre o corpo humano e o termômetro se efetive. c) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso evitar a interferência do calor específico médio do corpo humano. d) é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo, e porque o calor específico médio do corpo humano é muito menor que o do mercúrio e do vidro. e) o equilíbrio térmico só é possível quando há contato direto entre dois corpos e porque é preciso reduzir a interferência da pele, órgão que regula a temperatura interna do corpo. 02) (Fatec SP) Lord Kelvin (título de nobreza dado ao célebre físico William Thompson, 1824-1907) estabeleceu uma associação entre a energia de agitação das moléculas de um sistema e a sua temperatura. Deduziu que a uma temperatura de -273,15 C, também chamada de zero absoluto, a agitação térmica das moléculas deveria cessar. Considere um recipiente com gás, fechado e de variação de volume desprezível nas condições do problema e, por comodidade, que o zero absoluto corresponde a –273 C. É correto afirmar: A) O estado de agitação é o mesmo para as temperaturas de 100 C e 100 K. B) À temperatura de 0 C o estado de agitação das moléculas é o mesmo que a 273 K. C) As moléculas estão mais agitadas a –173oC do que a –127 C. D) A -32 C as moléculas estão menos agitadas que a 241 K. E) A 273 K as moléculas estão mais agitadas que a 100 C. GABARITO: 01B – 02B - TESTES DE VESTIBULAR 01) (UFB) Meu gatinho Mingau parece estar gostando de tomar Sol. De que modo está recebendo o calor? Explique esse processo de transmissão. 02) (ENEM-MEC) O resultado da conversão direta de energia solar é uma das várias formas de energia alternativa de que se dispõe. O aquecimento solar é obtido por uma placa escura coberta por vidro, pela qual passa um tubo contendo água. A água circula, conforme mostra o esquema abaixo. Fonte: Adaptado de PALZ, Wolfgang, “Energia solar e fontes alternativas”. Hemus, 1981. São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar: I. o reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor. II. a cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa. III. a placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficiência. Dentre as afirmações acima, pode-se dizer que, apenas está(ão) correta(s): A) I B) I e II C) II D) I e III E) II e III 03) (UFES) Um ventilador de teto, fixado acima de uma lâmpada incandescente, apesar de desligado, gira lentamente algum tempo após a lâmpada estar acesa. Esse fenômeno é devido à: A) convecção do ar aquecido B) condução do calor C) irradiação da luz e do calor D) reflexão da luz E) polarização da luz. 04) (ENEM-MEC) Uma garrafa de vidro e uma lata de alumínio, cada uma contendo 330mL de refrigerante, são mantidas em um refrigerador pelo mesmo longo período de tempo. Ao retirá-las do refrigerador com as mãos desprotegidas, tem-se a sensação de que a lata está mais fria que a garrafa. É correto afirmar que: A) a lata está realmente mais fria, pois a capacidade calorífica da garrafa é maior que a da lata. B) a lata está de fato menos fria que a garrafa, pois o vidro possui condutividade menor que o alumínio. C) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, possuem a mesma condutividade térmica, e a sensação deve-se à diferença nos calores específicos. D) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do alumínio ser maior que a do vidro. E) a garrafa e a lata estão à mesma temperatura, e a sensação é devida ao fato de a condutividade térmica do vidro ser maior que a do alumínio. 05) (UFCAR-SP) Nas geladeiras o congelador encontra-se na parte superior. Nos polos, as construções são feitas sob o gelo. Os viajantes do deserto do Saara usam roupas de lã durante o dia e à noite. Relativamente ao texto acima, qual das afirmações abaixo não é correta? A) O gelo é mau condutor de calor. B) A lã evita o aquecimento do viajante do deserto durante o dia e o resfriamento durante a noite. C) A lã impede o fluxo de calor por condução e diminui as correntes de convecção. D) O gelo, sendo um corpo a 0ºC, não pode dificultar o fluxo de calor. E) O ar é um ótimo isolante para o calor transmitido por condução, porém favorece muito a transmissão do calor por convecção. 06) (ENEM-MEC) Numa área de praia, a brisa marítima é uma conseqüência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar. No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar). À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia. Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira: A) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar. B) O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia. C) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente. D) O ar que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental. E) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar. 07) (UEA-AM) Os exaustores na foto abaixo são dispositivos usados para retirar o ar quente do interior de um ambiente, sem qualquer acionamento artificial.
Mesmo assim, as hélices dos exaustores giram. Uma explicação correta para o movimento das hélices é: A) a passagem do ar quente da parte interna para a externa, através do exaustor. B) a passagem do ar quente da parte externa para a interna, através do exaustor. C) a passagem do ar frio da parte externa para a interna, através do exaustor. D) a propagação do calor por condução da parte interna para o meio exterior. E) a propagação do calor por irradiação da parte interna para o meio exterior. 08) (PUC-SP) Analise as afirmações referentes à condução térmica: I – Para que um pedaço de carne cozinhe mais rapidamente, pode-se introduzir nele um espeto metálico Isso se justifica pelo fato de o metal ser um bom condutor de calor. II – Os agasalhos de lã dificultam a perda de energia (na forma de calor) do corpo humano para o ambiente, devido ao fato de o ar ambiente, devido ao fato de o ar aprisionado entre suas fibras ser um bom isolante térmico. III – Devido à condução térmica, uma barra de metal mantém-se a uma temperatura inferior à de uma barra de madeira colocada no mesmo ambiente.
09) (UFSM-RS) “Os habitantes dos cerritos, com o tempo, foram aprendendo a plantar e a moldar potes de barro cozido.”
Os índios usavam panelas de barro. Modernamente usamos panelas de metais, como alumínio e açoinoxidável, com cabos de madeira ou baquelite. Os metais são ________________ de energia na forma de calor, pois possuem ___________ condutividade térmica. O material do cabo possui ___________ condutividade térmica. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas. A) bons condutores – baixa – baixa B) maus condutores – baixa – alta C) bons condutores – alta – alta D) maus condutores – baixa – baixa E) bons condutores – alta – baixa 10) (UFJF) Há pessoas que preferem um copo de cerveja com colarinho e outras sem o colarinho. O colarinho é espuma que contém ar em seu interior. Considere que a cerveja seja colocada num copo com isolamento térmico. Do ponto de vista físico, a função do colarinho pode ser: A) apenas estética. B) a de facilitar a troca de calor com o meio. C) a de atuar como um condutor térmico. D) a de atuar como um isolante térmico. E) nenhuma. 11) (UFMG) No verão, Tia Maria dorme coberta somente com um lençol de algodão, enquanto, no inverno, ela se cobre com um cobertor de lã. No inverno, a escolha do cobertor de lã justifica-se, PRINCIPALMENTE, porque este: A) é mais quente que o lençol de algodão. B) é pior transmissor de calor que o lençol de algodão. C) se aquece mais rápido que o lençol de algodão. D) tem mais calor acumulado que o lençol de algodão. X 12) (CPS-SP) Ana, após ouvir atentamente uma reportagem sobre “Caminhar para desestressar”, decide seguir essa prática. Assim, caminha 9 km indo de seu trabalho, localizado na região central, até sua residência, localizada na região residencial suburbana. Neste percurso, ela passa pela região residencial urbana e pelo parque, gastando um tempo de 2,5 h. Tendo como base o esquema gráfico e considerando que a temperatura interna de Ana permaneça constante durante todo o percurso, pode-se afirmar que A) ocorre menos transferência de calor entre Ana e o ambiente na região central. B) a maior transferência de calor entre Ana e o ambiente ocorre na região residencial urbana. C) durante o percurso, a menor troca de calor entre Ana e o ambiente ocorre na região do parque. D) na região rural é onde há a possibilidade de uma maior troca de calor entre Ana e o ambiente. E) a diferença de temperatura entre as regiões não interfere na transferência de calor entre Ana e o ambiente. 13) (UFMG-MG) Depois de assar bolinhos em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar nos bolinhos. Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque A) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolinho. B) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolinho e a mão. C) o bolinho esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno. D) o tabuleiro retém mais calor que o bolinho. 14) (PUC-SP) Calor é uma forma de energia que se transfere de um corpo para outro em virtude de uma diferença de temperatura entre eles. Há três processos de propagação de calor: condução, convecção e radiação. Em relação à transferência de calor, afirma-se que: I. Em dias frios, os pássaros costumam eriçar suas penas para acumular ar entre elas. Nesse caso, o ar acumulado constitui-se em um bom isolante térmico diminuindo as trocas de calor, por condução, com o ambiente. II. Correntes de convecção na atmosfera costumam ser aproveitadas por aviões planadores e asas delta para ganharem altura. Tais correntes são originadas por diferenças de temperaturas entre duas regiões quaisquer da Terra. III. As paredes internas das garrafas térmicas são espelhadas com o objetivo de diminuir as trocas de calor por radiação. Está correto o que se afirma em A) I, II e III. B) apenas I e II. C) apenas I e III. D) apenas II e III. E) apenas III. 15)(UFG-GO) Estufas rurais são áreas limitadas de plantação cobertas por lonas plásticas transparentes que fazem, entre outras coisas, com que a temperatura interna seja superior à externa. Isso se dá porque: A) o ar aquecido junto à lona desce por convecção até as plantas. B) as lonas são mais transparentes às radiações da luz visível que às radiações infravermelhas. C) um fluxo líquido contínuo de energia se estabelece de fora para dentro da estufa. D) a expansão do ar expulsa o ar frio para fora da estufa. E) o ar retido na estufa atua como um bom condutor de calor, aquecendo o solo. 16) (UFMS-MS) Em uma sauna, ligada há muito tempo de forma que a temperatura permaneça constante, uma pessoa sente queimar a pele quando se encosta numa cabeça de prego mal cravado na madeira. No entanto, o ar dentro da sauna não lhe queima a pele. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). (01) A cabeça do prego queima a pele mais do que o ar porque está a uma temperatura maior que a do ar dentro da sauna. (02) A cabeça do prego queima a pele mais do que o ar porque o material do prego é mais condutor de calor que o ar. (04) A cabeça do prego queima a pele mais do que o ar porque o calor específico do prego é maior que o do ar contido na sauna. (08) A cabeça do prego queima a pele mais do que o ar porque está a uma temperatura maior e transfere calor mais rapidamente do que a temperatura do ar. (16) A cabeça do prego queima a pele mais do que o ar porque o ar é melhor isolante térmico que o material do prego. 17) (ENEM-MEC) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar. Hinrichs e M. Kleinbach. “Energia e meio ambiente”. São Paulo: Thompson, 3� ed., 2004, p. 529 (com adaptações). Nesse sistema de aquecimento, A) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. C) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. D) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. 18) (UFPR-PR) Com relação aos processos de transferência de calor, considere as seguintes afirmativas:
Assinale a alternativa correta. A) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. B) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. C) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. D) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. E) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 19) (CFT-PR) Analise as situações a seguir descritas, considerando-se o processo de transferência de calor relacionado a cada uma delas: I – Um legume se aquece ao ser colocado dentro de uma panela com água fervente. II – O congelador, localizado na parte superior de uma geladeira, resfria todo o interior da mesma. III – Os componentes eletrônicos de aparelhos, em funcionamento, de uma estação espacial, transmitem calor para o espaço. As situações I, II e III correspondem, respectivamente, aos processos de A) condução, convecção e condução. B) convecção, radiação e convecção. C) condução, convecção e radiação. D) radiação, condução e radiação. 20) (CFT-CE) Na figura a seguir tem-se um dispositivo que nos ajuda a entender as formas pelas quais o calor se propaga.
Observa-se que, em um local livre de correntes de ar, ao ligar a lâmpada – transformação de energia elétrica em térmica -, a ventoinha acima da lâmpada começa a girar. Isto deve-se, principalmente, devido à(às): A) irradiação térmica próxima à lâmpada aquecida B) convecção térmica do ar próximo à lâmpada aquecida C) condução térmica que predomina nos metais D) força de atração gravitacional entre a ventoinha e a lâmpada E) forças de ação e de reação 21) (ENEM-MEC) A refrigeração e o congelamento de alimentos são responsáveis por uma parte significativa do consumo de energia elétrica numa residência típica. Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser tomados alguns cuidados operacionais: I – Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do quente para cima. II – Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de calor no congelador. III – Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e a poeira que nele se depositam não reduzam a transferência de calor o ambiente. Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas, A) a operação I B) a operação II C) as operações I e II D) as operações I e III E) as operações II e III 22) (UFMG-MG) Em uma experiência, colocam-se gelo e água em um tubo de ensaio, sendo o gelo mantido no fundo por uma tela de metal. O tubo de ensaio é aquecido conforme a figura. Embora a água ferva, o gelo não se funde imediatamente. As afirmações abaixo referem-se a esta situação: I – Um dos fatores que contribuem para que o gelo não se funda é o de que a água quente é menos densa que a água fria. II – Um dos fatores que concorre para a situação observada é o de que o vidro é bom isolante térmico. III – Um dos fatores para que o gelo não se funda é o de que água é bom isolante térmico. A) somente I é correta. B) somente II é correta. C) somente III é correta D) todas são corretas. E) n.d.a. 23) (FUVEST-SP) Têm-se dois copos, com a mesma quantidade de água, um aluminizado A e outro negro N, que ficam expostos ao Sol durante uma hora. Sendo inicialmente as temperaturas iguais, é mais provável que ocorra o seguinte: A) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual temperatura é maior. B) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante. C) Após uma hora a temperatura de N é maior que a de A. D) De início, a temperatura de A decresce (devido à reflexão) e a de N aumenta. E) As temperaturas de N e de A decrescem (devido à evaporação) e depois crescem. 24) (UFMG-MG) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizada em sistemas de aquecimento de água. Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor de energia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reservatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostrado nesta figura: No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligados por vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra no coletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção. Abaixo, nas quatro alternativas, estão representadas algumas formas de se conectar o reservatório ao coletor. As setas indicam o sentido de circulação da água. Assinale a alternativa em que estão corretamente representados o sentido da circulação da água e a forma mais eficiente para se aquecer toda a água do reservatório. 25) (UFRRJ-RJ) A garrafa térmica é um reservatório utilizado na maioria das residências, escritórios, etc. Sua função é o de conservar líquidos frios ou quentes, impedindo ou, pelo menos, diminuindo as trocas térmicas entre o líquido e o meio exterior.
O processo físico que melhor explica a conservação térmica dos líquidos dentro da garrafa térmica é o A) isotérmico. B) isobárico. C) isométrico. D) adiabático. E) isotérmico e o isobárico. 26) (CFT-MG) As modernas panelas de aço inox possuem cabos desse mesmo material, que é um __________ condutor de calor. Eles não queimam as mãos das pessoas, porque possuem um formato vazado, facilitando a troca de calor por __________ do ar através deles. A opção que completa, correta e respectivamente, as lacunas é A) mau / irradiação. B) bom / irradiação. C) bom / convecção. D) mau / convecção. 27) (UNESP-SP) Um corpo I é colocado dentro de uma campânula de vidro transparente evacuada. Do lado externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo II é colocado próximo à campânula, mas não em contato com ela, como mostra a figura. As temperaturas dos corpos são diferentes e os pinos que os sustentam são isolantes térmicos. Considere as formas de transferência de calor entre esses corpos e aponte a alternativa correta. A) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque não estão em contato entre si. B) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o ambiente no interior da campânula está evacuado. C) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque suas temperaturas são diferentes. D) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por convecção. E) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por meio de radiação eletromagnética. 28) (UFF-RJ) A vela é a modalidade de esporte que mais medalhas já deu ao Brasil em Olimpíadas. Só nas Olimpíadas de Atenas, em 2004, foram duas medalhas de ouro das quatro conquistadas. Sabendo que a prática desse esporte exige uma forte interação com o espaço geográfico e a natureza, caracterize corretamente a brisa marítima. A) Sopra durante o dia do oceano (com menor temperatura) para o continente (com maior temperatura). B) Sopra durante o dia do oceano (com menor pressão) para o continente (com maior pressão). C) Sopra durante a noite do continente (com maior temperatura) para o oceano (com menor temperatura). D) Sopra durante a noite do continente (com maior pressão) para o oceano (com menor pressão). E) Sopra durante o dia ou durante a noite, sempre que ocorrem chuvas que reduzem a temperatura. 29) (UFSC-SC-SC) O uso racional das fontes de energia é uma preocupação bastante atual. Uma alternativa para o aquecimento da água em casas ou condomínios é a utilização de aquecedores solares. Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar é composto de coletores solares (placas) e reservatório térmico (boiler), como esquematizado na figura a seguir. Em relação ao sistema ilustrado na figura, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) A água circula entre os coletores e o reservatório térmico através de um sistema natural, por convecção. A água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria “empurra” a água quente gerando a circulação. (02) Os canos e as placas dentro do coletor devem ser pintados de preto para uma maior absorção de calor por irradiação térmica. (04) As placas coletoras são envoltas em vidro transparente que funciona como estufa, permitindo a passagem de praticamente toda a radiação solar. Esta radiação aquece as placas que, por sua vez, aquecem o ar no interior da estufa, formando correntes de convecção, sendo que este ar é impedido de se propagar para o ambiente externo. (08) Em todo o processo de aquecimento desse sistema, não há transferência de calor por condução. (16) Como a placa coletora está situada abaixo do reservatório térmico, o sistema acima descrito só funcionará se existir uma bomba hidráulica que faça a água circular entre os dois. 30) (PUC-MG) Uma garrafa térmica tem paredes prateadas e duplas com vácuo no espaço intermediário. A vantagem de se fabricarem garrafas térmicas assim é porque as paredes prateadas: A) absorvem o calor e o vácuo é um ótimo isolante térmico. B) são altamente refletoras e o vácuo, um ótimo isolante térmico. C) absorvem o calor e o vácuo é um excelente condutor. D) são altamente refletoras e o vácuo é um excelente condutor. 31) (MACKENZIE-SP) Numa noite de inverno, o dormitório de Serginho apresentava uma temperatura ambiente de 10 ºC. Para não sentir frio durante a madrugada, ele esticou sobre a cama três cobertores de lã bem espessos e aguardou alguns minutos. Em seguida, deitou-se e percebeu que a cama continuava muito fria. Após um certo tempo na cama, bem coberto, sentiu que o “frio passou” e que a cama estava quente. Tal fato explica-se, pois: A) o frio não existe e a sensação de Serginho era apenas psicológica. B) os cobertores não são aquecedores, mas isolantes térmicos. Depois de Serginho deitar-se, seu corpo aqueceu a cama. C) a cama provavelmente não tinha lençóis de lã e, então, o calor produzido pelos cobertores foi perdido para o ambiente. Quando Serginho se deitou, interrompeu esse processo. D) os cobertores de lã provavelmente eram de cor clara e, por isso, demoraram muito para aquecer a cama. Após Serginho ter-se deitado, foi necessário mais algum tempo para que a cama ficasse quente. E) a lã utilizada para a confecção dos cobertores é um aquecedor natural muito lento e a temperatura de Serginho, de aproximadamente 37 ºC, não era suficiente para aquecer a cama. 32) (OLIMPÍADA BRASILEIRA DE FÍSICA) Um estudante caminha descalço em um dia em que a temperatura ambiente é de 28 ºC. Em um certo ponto, o piso de cerâmica muda para um assoalho de madeira, estando ambos em equilíbrio térmico. A criança tem então a sensação de que a cerâmica estava mais fria que a madeira. Refletindo um pouco, ela conclui corretamente que: A) a sensação de que as temperaturas são diferentes de fato representa a realidade física, uma vez que a cerâmica tem uma capacidade calorífica menor que a madeira. B) a sensação de que as temperaturas são diferentes não representa a realidade física, uma vez que a cerâmica tem uma capacidade calorífica menor que a madeira. C) a sensação de que as temperaturas são diferentes de fato representa a realidade física, uma vez que a condutividade térmica da cerâmica é maior que a da madeira. D) a sensação de que as temperaturas são diferentes não representa a realidade física, uma vez que a condutividade térmica da cerâmica é maior que a da madeira. E) não há elementos físicos suficientes para afirmar se a sensação térmica corresponde ou não à realidade, uma vez que para tanto seria necessário saber os calores específicos da cerâmica, da madeira e também da pele humana. 33) (PUC-RS) Numa cozinha, é fácil constatar que a temperatura é mais elevada próximo ao teto do que próximo ao chão, quando há fogo no fogão. Isso é devido ao fato de o: A) calor não se propagar para baixo. B) calor não se propagar horizontalmente. C) ar quente subir, por ser menos denso que o ar frio. D) ar quente subir, por ser mais denso que o ar frio. E) ar frio descer, por ser menos denso que o ar quente. 34) (MACKENZIE-SP) Uma das razões que faz a água, próxima à superfície livre de alguns lagos, congelar no inverno, em regiões de baixas temperaturas, é o fato de que ao ser resfriada, no intervalo aproximado de 4 °C a 0 °C, ela sofre um processo de dilatação. Com isso seu volume ____________ e sua densidade ____________ . Desprezando os efeitos da irradiação térmica, durante esse resfriamento a água do fundo do lago não consegue atingir a superfície livre, pois não ocorre mais a ____________ e sua temperatura diminuirá, devido ao processo de____________ . As informações que preenchem corretamente as lacunas, na ordem de leitura são, respectivamente: A) aumenta, diminui, convecção térmica e condução térmica. B) diminui, aumenta, convecção térmica e condução térmica. C) aumenta, diminui, condução térmica e convecção térmica. D) diminui, aumenta, condução térmica e convecção térmica. E) aumenta, aumenta, condução térmica e convecção térmica. 35) (UFU-MG) Atualmente, fala-se muito sobre o Efeito Estufa, que consiste no fenômeno natural de manutenção da temperatura média da superfície da Terra. Os cientistas afirmam que as condições adequadas para a existência de vida na Terra estão relacionadas a um equilíbrio na concentração de gases na sua atmosfera. Por outro lado, uma possível ameaça à manutenção da vida seria um aumento na temperatura superficial da Terra, o que não pode ser atribuído exclusivamente a uma maior retenção da radiação solar na atmosfera. A concentração dos gases estufa constitui apenas um dos componentes que influenciam nessa variação térmica. Os principais gases, suas concentrações (em partes por milhão) e participação no Efeito Estufa (potência/área, em W.m-2) estão apresentados na tabela a seguir. Com base no texto e na Tabela apresentados, assinale, dentre as alternativas a seguir, aquela que contém somente informações corretas. A) A concentração de vapor de água na atmosfera contribui muito mais para o Efeito Estufa do que a concentração de CO‚. B) As concentrações dos gases CFC11 e CFC12 são pequenas, porém esses gases são os que causam maior aquecimento. C) A atmosfera pode ser entendida como um gás ideal e, como a fonte primária de aquecimento da Terra é o Sol, o efeito estufa nunca alterará a temperatura média da superfície da Terra. D) O aumento da temperatura superficial média da Terra é produzido apenas pelo Efeito Estufa. 36) (UNISINOS-RS) Profissionais da área de saúde recomendam o uso de roupas claras para a prática de exercícios físicos, como caminhar ou correr, principalmente no verão. A preferência por roupas claras se deve ao fato de que elas: A) absorvem menos radiação térmica do que as roupas escuras. B) refletem menos a radiação térmica do que as roupas escuras. C) absorvem mais a radiação térmica do que as roupas escuras. D) impedem a formação de correntes de convecção com maior facilidade do que as roupas escuras. E) favorecem a condução do calor por apresentarem maior condutibilidade térmica do que as roupas escuras. 37) (MACKENZIE-SP) Uma parede de tijolos e uma janela de vidro de espessura 180mm e 2,5mm, respectivamente, têm suas faces sujeitas à mesma diferença de temperatura. Sendo as condutibilidades térmicas do tijolo e do vidro iguais a 0,12 e 1,00 unidades SI, respectivamente, então a razão entre o fluxo de calor conduzido por unidade de superfície pelo vidro e pelo tijolo é: A) 200 B) 300 C) 400 D) 600 E) 800 38) (MACKENZIE-SP) Têm-se três cilindros de mesmas secções transversais, de cobre, latão e aço, cujos comprimentos são, respectivamente, de 46cm, 13cm e 12cm. Soldam-se os cilindros, formando o perfil em Y, indicado na figura. (Todos ligados em todos em formato de Y). O extremo livre do cilindro de cobre é mantido a 100ºC, e os dos cilindros de latão e aço a 0ºC. Supor que a superfície lateral dos cilindros esteja isolada termicamente. As condutibilidades térmicas do cobre, latão e aço valem, respectivamente: 0,92, 0,26 e 0,12 , expressas em cal.cm-1.s-1.ºC-1. No estado estacionário de condução, qual a temperatura da junção? 39) (ENEM-MEC) A padronização insuficiente e a ausência de controle na fabricação podem também resultar em perdas significativas de energia através das paredes da geladeira. Essas perdas, em função da espessura das paredes, para geladeiras e condições de uso típicas, são apresentadas na tabela. Considerando uma família típica, com consumo médio mensal de 200 kWh, a perda térmica pelas paredes de uma geladeira com 4 cm de espessura, relativamente a outra de 10 cm, corresponde a uma porcentagem do consumo total de eletricidade da ordem de A) 30%. B) 20%. C) 10%. D) 5%. E) 1%. 40) (ITA-SP) Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória de espessura L=5,0 cm, área A=100m2 e condutividade térmica k=2,0W/mK. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente, à temperatura T1=47°C e T2=27°C, respectivamente. Considerando o ar como um gás ideal e o conjunto das duas salas um sistema isolado, calcule o fluxo de calor através da divisória relativo às temperaturas iniciais T1 e T2 . 41) (MACKENZIE-SP) Para determinarmos o fluxo de calor por condução através de uma placa homogênea e de espessura constante, em regime estacionário, utilizamos a Lei de Fourier: Φ=K.A.Δθ/e. A constante de proporcionalidade que aparece nessa lei matemática depende da natureza do material e se denomina Coeficiente de Condutibilidade Térmica. Trabalhando com as unidades do SI, temos, para o alumínio, por exemplo, um coeficiente de condutibilidade térmica igual a 2,09.102. Se desejarmos expressar essa constante, referente ao alumínio, com sua respectiva unidade de medida, teremos: A) 2,09.102 cal/s B) 2,09.102 J/s C) 2,09.102 cal/s.m.oC D) 2,09.102J/m.s.K E) 2,09.102 J/K 42) (UFRN) A tabela seguinte contém informações sobre quatro panelas: As quatro panelas têm o mesmo volume e bases com a mesma área. Pretende-se usar uma delas para aquecer água em um fogão comum. A equação geral para o fluxo de calor por unidade de tempo (Φ), transmitido por condução térmica através de uma chapa de um material com área de seção transversal A, espessura d e coeficiente de condutividade térmica K, é Φ=K.A.Δθ/e, em que Δθ é a diferença de temperatura entre as faces da chapa. Com base na análise dos dados da tabela e da equação, indique a opção correspondente à panela que permite ferver mais rápido certa quantidade de água: A) panela I B) panela II C) panela II D) panela IV 43) (UFPA-PA) Para revestir as paredes de uma cozinha industrial, de onde o calor propagado causa desconforto às salas vizinhas, um engenheiro encontra dois produtos de custo idêntico. O produto A tem coeficiente de condutibilidade térmica KA e espessura eA. O produto B tem coeficiente de condutibilidade térmica KB = 2 KA e espessura eB = 2 eA. Considerando exclusivamente o isolamento térmico, o engenheiro deve recomendar o produto A, o produto B ou é indiferente usar A ou B. Justifique. 44) (ACAFE-SC) O efeito estufa é essencial à manutenção do equilíbrio térmico do nosso planeta porque sem ele a temperatura da Terra seria de aproximadamente -20oC. Um dos gases mais importantes nesse processo é o gás carbônico, no entanto, um aumento de 10% na sua concentração faria a temperatura média do planeta aumentar aproximadamente 3oC, trazendo graves consequências para o nível dos oceanos e para o clima. Essa participação do gás carbônico se dá porque ele é_______ às radiações visíveis e ________ às radiações infravermelhas. A alternativa que completa o enunciado acima, em sequência, é: A) opaco – opaco B) opaco – transparente C) transparente – opaco D) transparente – transparente E) absorvente – transparente 45) (UFPE-PE) Em condições normais, nas camadas inferiores da troposfera, o ar se resfria de baixo para cima à razão de 0,6°C a cada 100 metros, fato ao qual se pode dar o nome de gradiente vertical. Em certas condições, porém, cria-se uma situação oposta: a camada mais fria situa-se sob a mais quente. CONTI, José Bueno. Clima e Meio Ambiente. Atual. Qual a denominação que é dada a essa “situação oposta”, referida no texto? A) termo clima B) ilha de calor C) gradiente termo barométrico normal D) inversão térmica E) isoterma 46) (UFF-RJ) Notícia vinculada recentemente pela imprensa: Sobre o aquecimento da Terra e o efeito estufa Pode-se estar certo de que, apesar do contínuo crescimento do teor em CO da atmosfera desde os começos da era industrial, o clima não conheceu aquecimento no século XX. As normais medidas entre 1951 e 1980, em relação às do período 1921-1950 mostram, ao contrário, uma baixa (não significativa) de -0,3°. De qualquer modo, a evolução é muito lenta, e dezenas de anos são necessários para que se registre uma mudança climática. O apocalipse anunciado – fusão de glaciárias, elevação do nível do mar etc. – não é seguramente para amanhã. Se for necessário lutar contra a poluição, a degradação do meio ambiente devemos fazê-lo com os olhos abertos, com base em análises científicas e não nos limitando a gritar: “está pegando fogo!. KAYSER, Bernard. Pour une analyse non conformiste de notre société. fev. 1992, (mimeo). Apud SANTOS, Milton. Técnica, espaço e tempo. a) O que é o efeito estufa? b) Em que se baseia o autor na sua crítica aos que anunciam o apocalipse relacionado às mudanças climáticas? 47) (UFPEL-RS) Todos sabemos que é essencial a presença de água para assegurar a existência de vida em nosso planeta. Um comportamento específico dessa importante substância garante, por exemplo, que o “simpático” urso da figura tente garantir sua refeição, apanhando o peixinho que nada em um lago, abaixo da camada de gelo. A formação dessa camada de gelo na superfície do lago, permitindo que a fauna e a flora permaneçam vivas em seu interior líquido, deve-se A) à dilatação irregular da água, que atinge densidade máxima à temperatura de 4°C. B) ao elevado calor específico da água, que cede grandes quantidades de calor ao sofrer resfriamento. C) à grande condutividade térmica do gelo, que permite ao sol continuar a aquecer a água do lago. D) à temperatura de solidificação da água, que permanece igual a 0°C, independente da pressão a que ela está submetida. E) ao elevado calor latente de solidificação da água, que cede grandes quantidades de calor ao passar ao estado sólido. 48) (MACKENZIE-SP) Diz um ditado popular: “A natureza é sábia”. De fato! Ao observarmos os diversos fenômenos da natureza, ficamos encantados com muitos pormenores, sem os quais não poderíamos ter vida na face da Terra, conforme a conhecemos. Um desses pormenores, de extrema importância, é o comportamento anômalo da água, no estado líquido, durante seu aquecimento ou resfriamento sob pressão normal. Se não existisse tal comportamento, a vida subaquática nos lagos e rios, principalmente nas regiões mais frias de nosso planeta, não seria possível. Dos gráficos abaixo, o que melhor representa esse comportamento anômalo é: 49) (UEPG) Calor pode ser conceituado como sendo uma forma de energia que é transferida de um sistema físico para outro sistema físico devido, exclusivamente, à diferença de temperatura existente entre os dois sistemas. Sobre o fenômeno da transferência de calor, assinale o que for correto. 01) A transmissão do calor por convecção, em um meio, consiste essencialmente no deslocamento de moléculas de diferentes densidades, de uma região para outra desse meio. 02) A condução do calor pode ser atribuída à transmissão da energia através de colisões entre as moléculas constituintes de um corpo. Por isso, os sólidos são melhores condutores de calor do que os líquidos e do que os gases. 04) Fluxo de calor corresponde à quantidade de calor que atravessa uma seção reta do corpo que o conduz, na unidade de tempo. 08) O calor, espontaneamente, se propaga do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. 16) Quando dois corpos, em contato, estão em equilíbrio térmico, pode-se afirmar que o fluxo de calor entre eles é constante. 50) (UFG-GO) Um automóvel possui uma mistura aquosa em seu sistema de arrefecimento. Essa mistura é bombeada fazendo circular o calor do motor até o radiador, onde o calor é dissipado para o meio ambiente. Um motorista liga o motor desse automóvel e parte para sua viagem.
Decorridos 10 minutos, ele observa, no indicador de temperatura do painel, que a mistura chega ao radiador com 90oC e permanece em torno desse valor durante a viagem. Isso ocorre porque A) o radiador dissipa mais calor do que o motor produz. B) o radiador dissipa mais calor quanto maior a temperatura da mistura aquosa. C) o motor libera menos calor quando aquecido acima dessa temperatura. D) o motor para de produzir calor acima dessa temperatura. E) o radiador dissipa menos calor acima dessa temperatura. 51) (PUC-MG) Ainda nos dias atuais, povos que vivem no deserto usam roupas de lã branca como parte de seu vestuário para se protegerem do intenso calor, já que a temperatura ambiente pode chegar a 50 ºC durante o dia. Para nós, brasileiros, que utilizamos a lã principalmente no inverno, a atitude dos povos do deserto pode parecer estranha ou equivocada, contudo ela pode ser explicada pelo fato de que: A) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca absorve toda a luz evitando que ela aqueça ainda mais as pessoas. B) a lã é naturalmente quente e, num ambiente a 50 ºC, ela contribui para resfriar um pouco os corpos das pessoas. C) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca reflete toda a luz, diminuindo assim o aquecimento da própria lã. D) a lã é naturalmente quente, e o branco é uma “cor fria.” Esses fatos combinados contribuem para o resfriamento dos corpos daquelas pessoas. 52) (UFTM) A respeito dos processos de transmissão de calor, considere: I.na convecção, o calor é transferido de um lugar para outro tendo como agentes os próprios fluidos; II. condução, ocorre a transferência de energia cinética entre as partículas; III, na irradiação, o calor é transmitido sob a forma de ondas eletromagnéticas. É correto o contido em A) I, apenas. B) II, apenas. C) I e II, apenas. D) II e III, apenas. E) I, II e III. 53) (UNIMONTES MG) Um radiômetro (veja a figura) é um dispositivo constituído por um bulbo transparente, em cujo interior, isolado do meio externo, encontra-se uma hélice constituída por quatro placas muito leves. Cada placa possui uma face preta, de um lado, e branca, do outro. A hélice pode girar livremente (praticamente sem atrito). O radiômetro é usado para demonstrações de como a radiação térmica é absorvida diferentemente por objetos escuros e claros. Quando a radiação térmica incide sobre as placas, por causa da diferença de absorção, as faces pretas se aquecem mais que as brancas, o que gera uma corrente de convecção fazendo com que o ar circule no interior do dispositivo e coloque a hélice para girar. O efeito visual do radiômetro em funcionamento é surpreendente, fato que o torna um ótimo dispositivo para fins didáticos. Se um radiômetro for iluminado inicialmente com uma lâmpada incandescente (luz amarela) e, posteriormente, com uma lâmpada de vapor de mercúrio (luz branca), é CORRETO afirmar que A) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada de vapor de mercúrio, pois a luz branca possui mais energia térmica. B) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada de vapor de mercúrio, pois esta também emite radiação ultravioleta, cujo comprimento de onda é maior que o da luz amarela. C) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada incandescente, pois esta gera bastante radiação em faixas de frequência superiores às geradas pela lâmpada de vapor de mercúrio. D) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada incandescente, pois esta gera bastante radiação infravermelha, além de luz visível. 54) (UEPG-PR) Calor pode ser conceituado como sendo uma forma de energia que é transferida de um sistema físico para outro sistema físico devido, exclusivamente, à diferença de temperatura existente entre os dois sistemas. Sobre o fenômeno da transferência de calor, assinale o que for correto. A) A transmissão do calor por convecção, em um meio, consiste essencialmente no deslocamento de moléculas de diferentes densidades, de uma região para outra desse meio. B) A condução do calor pode ser atribuída à transmissão da energia através de colisões entre as moléculas constituintes de um corpo. Por isso, os sólidos são melhores condutores de calor do que os líquidos e do que os gases. C) Fluxo de calor corresponde à quantidade de calor que atravessa uma seção reta do corpo que o conduz, na unidade de tempo. D) O calor, espontaneamente, se propaga do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. E) Quando dois corpos, em contato, estão em equilíbrio térmico, pode-se afirmar que o fluxo de calor entre eles é constante. 55) (UESPI) Constituem mecanismos de transmissão de calor os seguintes processos: A) expansão, rarefação e contração. B) dilatação, condução e contração. C) convecção, rarefação e condução. D) rarefação, radiação e dilatação. E) condução, radiação e convecção. 56) (UFCG PB) O El Niño é um fenômeno ambiental da atmosfera do planeta de grandes proporções. As condições de pressão e temperatura são essenciais para a sua ocorrência. O desenho seguinte é um esquema da circulação atmosférica sobre o Oceano Pacífico entre o Continente Australiano e a região próxima à costa do Peru. O fluxo de superfície mostrado no desenho representa o movimento das massas de ar sobre a superfície do Pacífico.
Em relação às condições climáticas dessa região, presentes na promoção do El Niño, pode-se afirmar qu A) a subida de grandes massas de ar nas proximidades do oceano, na costa do Peru, revela uma zona de alta temperatura. B) nas proximidades do oceano, no Continente Australiano, a pressão atmosférica deve ser muito baixa o que justifica a direção do fluxo de superfície. C) nas proximidades da superfície do oceano, na costa do Peru, a pressão atmosférica deve ser muito alta o que justifica a direção do fluxo de superfície. D) o ar nas proximidades do oceano, na costa do Peru, deve ter temperaturas muito baixas. E o fluxo de superfície dá-se de uma região de temperaturas muito altas para regiões de temperaturas muito baixas. 57) (ENEM-MEC) Com o objetivo de se testar a eficiência de fornos de micro-ondas, planejou-se o aquecimento em 10°C de amostras de diferentes substâncias, cada uma com determinada massa, em cinco fornos de marcas distintas.
Nesse teste, cada forno operou à potência máxima. O forno mais eficiente foi aquele que A) forneceu a maior quantidade de energia às amostras. B) cedeu energia à amostra de maior massa em mais tempo. C) forneceu a maior quantidade de energia em menos tempo. D) cedeu energia à amostra de menor calor específico mais lentamente. E) forneceu a menor quantidade de energia às amostras em menos tempo. 58) (ENEM-MEC) Júpiter, conhecido como o gigante gasoso, perdeu uma das suas listras mais proeminentes, deixando o seu hemisfério sul estranhamente vazio. Observe a região em que a faixa sumiu, destacada pela seta.
A aparência de Júpiter é tipicamente marcada por duas faixas escuras em sua atmosfera — uma no hemisfério norte e outra no hemisfério sul. Como o gás está constantemente em movimento, o desaparecimento da faixa no planeta relaciona-se ao movimento das diversas camadas de nuvens em sua atmosfera. A luz do Sol, refletida nessas nuvens, gera a imagem que é captada pelos telescópios, no espaço ou na Terra. O desaparecimento da faixa sul pode ter sido determinado por uma alteração A) na temperatura da superfície do planeta. B) no formato da camada gasosa do planeta. C) no campo gravitacional gerado pelo planeta. D) na composição química das nuvens do planeta. E) na densidade das nuvens que compõem o planeta. 59) (ENEM-MEC) As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o CO2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal fenômeno ocorre porque esses materiais absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica.
Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de energia elétrica A) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas. B) aumente devido ao bloqueio da luz do sol pelos gases do efeito estufa. C) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias. D) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências. E) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada. 60) (ENEM-MEC) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoois vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoois como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar A) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. B) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. C) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. D) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. E) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. 61) (UPE-PE) Dois cilindros feitos de materiais A e B têm os mesmos comprimentos; os respectivos diâmetros estão relacionados por dA = 2 dB. Quando se mantém a mesma diferença de temperatura entre suas extremidades, eles conduzem calor à mesma taxa. As As condutividades térmicas dos materiais estão relacionadas por: A)KA = k/4 B) kA = kB/2 C) kA = kB D) kA = 2kB E) kA = 4kB 62) (UNIMONTES) Duas barras metálicas de comprimentos L1 e L2, de materiais diferentes, estão acopladas (ver figura abaixo). A barra de comprimento L1 possui condutividade térmica k1, e a barra de comprimento L2 possui condutividade térmica k2, sendo k1 > k2. As duas extremidades são mantidas a temperaturas fixas e diferentes, T1 e T2. Considere as três seções retas destacadas na figura. A seção reta 1 está na barra 1; a 2, na barra 2; a 3, na interface ou região de acoplamento das barras.
Pode-se afirmar corretamente que A) o fluxo de calor na seção reta 1 é maior que o fluxo de calor na seção reta 2. B) o fluxo de calor na seção reta 2 é maior que o fluxo de calor na seção reta 1. C) o fluxo de calor na interface é nulo. D) o fluxo de calor é o mesmo em qualquer uma das três seções retas. 63) (UPE-PE) Uma das extremidades de uma barra metálica isolada é mantida a 100 ºC, e a outra extremidade é mantida a 0 ºC por uma mistura de gelo e água. A barra tem 60,0 cm de comprimento e uma seção reta com área igual a 1,5 cm2. O calor conduzido O calor conduzido pela barra produz a fusão de 9,0 g de gelo em 10 minutos. A condutividade térmica do metal vale em W/mK: Dado: calor latente de fusão da água = 3,5.105 J/kg A) 50 B) 100 C) 110 D) 120 E) 210 64) (UDESC-SC) Um sistema para aquecer água, usando energia solar, é instalado em uma casa para fornecer 400L de água quente a 60 °C durante um dia. A água é fornecida para casa a 15 °C e a potência média por unidade de área dos raios solares é 130 W/m2. A área da superfície dos painéis solares necessários é: A) 9,50 m2 B) 7,56 m2 C) 2,00 m2 D) 25,0 m2 E) 6,73 m2 65) (UEM-PR) Sobre os conceitos de termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Se dois corpos com diferentes temperaturas forem colocados em contato, certa quantidade de energia térmica será transferida de um corpo ao outro, devido, exclusivamente, à diferença de temperatura entre eles. 02) A quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1g de uma substância é denominada de calor específico dessa substância. 04) Quando uma quantidade de calor se transfere de um corpo a outro pelo processo de condução, essa energia se propaga devido à agitação atômica no material. 08) Nos líquidos, a transferência de calor ocorre, sobretudo, por meio das correntes de convecção, as quais são formadas devido à diferença entre as densidades das regiões mais quentes e mais frias do líquido. 16) A transferência de calor por radiação é realizada por meio de ondas eletromagnéticas, que se propagam somente na presença de um meio material. 66) (ETEC-SP) Uma outra técnica utilizada é a secagem de alimentos em estufas. Nesse processo, a umidade é retirada gradativamente devido ao fluxo de ar quente. De um modo caseiro, todos podem construir uma estufa para secagem de alimentos tal qual a desenhada a seguir. Pensando nessa técnica, assinale a alternativa cujas palavras completam, correta e respectivamente, a afirmação a seguir. Nessa estufa, o ar frio é aquecido na câmara de aquecimento e é levado até os alimentos por __________, extraindo a água por __________ . A) condução … ebulição B) condução … evaporação C) convecção … ebulição D) convecção … evaporação E) irradiação … calefação 67) (FUVEST-SP) Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta.
Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira. Após a abertura da porta, a temperatura da sala, A) diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido. B) diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta. C) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta. D) aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta. E) não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado. 68) (COLÉGIO NAVAL) Assinale a opção que completa corretamente as lacunas das sentenças abaixo, em relação aos processos de transmissão de calor. I – Ao colocar um alimento para esquentar, a chama do fogão transmite calor para a panela principalmente por __________________. II – O aparelho de ar condicionado instalado na parte superior de uma parede refrigera o ambiente por _____________ . III- O vidro espelhado das garrafas térmicas evita a propagação do calor por ________________________. IV – O congelador de uma geladeira, instalado na parte superior, tem por objetivo provocar a transmissão do calor por __________________ . V – Para facilitar a retirada de uma tampa metálica presa num vidro pode-se derramar água quente na tampa para que o calor, transmitido por ____________________ provoque a dilatação da mesma. A) condução / convecção / irradiação / convecção / condução B) irradiação / convecção / condução / condução / convecçã C) convecção / condução / irradiação / condução / convecção D) condução / condução / convecção / convecção / irradiação E) irradiação / condução / condução / convecção / convecção GABARITO: 01[Trata-se da irradiação térmica onde as ondas de calor provenientes do Sol, por meio das ondas eletromagnéticas, atravessam uma grande distância, no vácuo, até chegar à Terra e transferir a ela o calor vindo do Sol.] - 02E - 03A - 04D – 05D - 06A - 07A – 08[I. Correta] - 09E - 10D - 11B - 12A - 13B - 14A - 15B – 16[(02 + 16) =18] - 17B - 18D - 19C - 20B - 21D - 22D - 23C - 24B - 25D - 26C - 27E - 28B - 29[(01) + (02) + (04) = 07] - 30B - 31B - 32C - 33C - 34A - 35C - 36A -37D - 38[ Mesma secção transversal (A é a mesma) — como eles estão isolados termicamente a quantidade de calor e consequentemente o fluxo de calor que o cobre fornece é igual à soma dos fluxos recebidos pelo aço e pelo latão — Kcobre.A.Δθcobre/ecobre = Kaço.A.Δθaço/eaço + Klatão.A.Δθlatão/elatão - 0,92.A.(100 – θ)/46 = 0,12.A.(θ – 0)/12 + 0,26.A.(θ – 0)/13 — 2 – 0,02θ = 0,01θ + 0,02θ — θ=2/0.05 — θ=40Oc] - 39C - 40D - 42D - 43[É indiferente utilizar o produto A ou B, pois, de acordo com a lei de Fourier, Φ=K.A.Δθ/e, o fluxo de calor depende diretamente do coeficiente de condutibilidade térmica K e inversamente da espessura e — assim, nos dois casos o fluxo de calor é o mesmo] - 44C - 45D - 46[a) O efeito estufa é um aquecimento natural da atmosfera provocado pela retenção de calor nas nuvens e outras partículas em suspensão. O que se discute nas últimas décadas é o possível aumento de temperatura provocado pelo lançamento de partículas que resultam da queima de combustíveis fósseis e outros materiais. b) O autor se baseia nas normais medidas entre 1951 e 1980, em relação às do período 1921-1950, que mostram uma pequena redução de -0,3°C na temperatura.] - 47A - 48A - 49[ Apenas a 16 está errada, pois, como estão em equilíbrio térmico, estão à mesma temperatura e não há fluxo de calor entre eles. (01 + 02 + 04 + 08) = 15] - 50B - 51C - 52E - 53D – 54[(01 + 02 + 04 + 08)= 15] - 55E - 56A - 57C - 58E - 59D - 60 - 61A - 62D – 63E - 64E - 65[Corretas: 01, 02, 04 e 08 - Soma=15] – 66[Denomina-se convecção térmica o processo de transferência de calor que acontece graças a movimentação de um material — observe que é exatamente isso que acontece no exemplo mostrado — o material que se move pelo ambiente é o ar e, o ar frio é aquecido na câmara de aquecimento, fica mais quente (menos denso) e sobe, passando pela câmara de secagem — a movimentação do ar, mais quente e mais frio, cria as chamadas correntes de convecção. a evaporação é a passagem lenta do líquido para o gasoso, acontece mais rapidamente com o auxílio do vento (ar em movimento), principalmente, no caso, ar quente.] - 67C - 68A. ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA Estado Físico da Matéria
MUDANÇA DE FASE Solidificação – Passagem de um corpo do estado líquido para o sólido Fusão - Passagem do estado sólido para o líquido, sem aumentar a temperatura do corpo. Vaporização - Passagem de um corpo do estado líquido para o gasoso. Sublimação - Passagem do estado sólido direto para o estado gasoso, FLUXOGRAMA DAS MUDANÇAS DE FASE DOS CORPOS Vaporização - É a passagem do estado líquido para o estado de vapor. Mas, existem três formas em que essa mudança de estado pode ocorrer, pois sua velocidade pode variar, dependendo da quantidade de energia fornecida e a vaporização pode se dar de três maneiras: Calefação - É o tipo de evaporação mais rápida, é a passagem abrupta para o estado de vapor que ocorre quando o líquido se aproxima de uma superfície muito quente. Evaporação - Esse termo é usado quando a vaporização ocorre à temperatura ambiente, em qualquer temperatura e pressão, de forma bem lenta, predominantemente na superfície do líquido, sem o aparecimento de bolhas ou agitação do líquido. Ebulição - Ocorre a uma determinada temperatura, que é específica para cada substância pura e que pode variar de acordo com a pressão atmosférica local. Ela se dá quando aquecemos o sistema, é uma passagem do líquido para o vapor de forma mais rápida e é bem perceptível, pois ocorre em toda a extensão do líquido, com agitação e formação de bolhas.
QUESTÕES RESOLVIDAS – MUDANÇA DE FASE 01) O gráfico abaixo representa a variação de temperatura observada no aquecimento de uma determinada substância: Relacione as colunas com informações a respeito do gráfico em questão: Coluna 1: a. Faixa de temperatura em que a substância permanece sólida; b. Faixa de temperatura em que a substância permanece totalmente líquida; c. Temperatura de ebulição; d. Temperatura de fusão; e. Tempo que a fusão demora; f. Tempo em que a substância permanece líquida. Coluna 2: ( ) 10 minutos. ( ) 20 ºC. ( ) Entre 10 a 20 ºC. ( ) 20 minutos. ( ) Entre 20 a 40 ºC. ( ) 40ºC. Resolução: (V) 10 minutos. (IV) 20 ºC. (I) Entre 10 a 20 ºC. (VI) 20 minutos. (II) Entre 20 a 40 ºC. (III) 40ºC. 02) O gráfico a seguir representa a curva de resfriamento da água pura à pressão constante de 1 atm. Julgue se são verdadeiras ou falsas as afirmações a seguir: a. O fenômeno que ocorre na região B da curva é a solidificação e há duas fases em equilíbrio. b. Na região C da curva, há somente a fase sólida. c. Nas regiões B e D da curva, a temperatura permanece constante. d. Na região D da curva, coexistem as fases sólida e líquida. Resolução: a. Falso. O fenômeno que ocorre na região B da curva é a condensação. b. Falso. Na região C da curva há somente a fase líquida. c. Verdadeiro. d. Verdadeiro. 03) (UCDB-MS) Uma substância sólida é aquecida continuamente. O gráfico a seguir mostra a variação da temperatura (ordenada) com o tempo (abscissa): O ponto de fusão, o ponto de ebulição e o tempo durante o qual a substância permanece no estado líquido são, respectivamente: A) 150, 65 e 5 B) 65, 150 e 25 C) 150, 65 e 25 D) 65, 150 e 5 E) 65, 150 e 10 Resolução: O ponto de fusão é quando a temperatura permanece constante enquanto toda a substância passa do estado sólido para o líquido, ou seja, é o primeiro “patamar”, que está na temperatura de cerca 65 ºC. O ponto de ebulição é o segundo “patamar”, pois corresponde ao ponto em que a temperatura permanece constante até que todo o líquido passe para o estado gasoso, que é em exatamente 150 ºC. O tempo entre os dois patamares, isto é, entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição é quando a substância está no estado líquido, ou seja, 5 minutos (de 20 a 25). Alternativa: D 04) (UFPA) Dado o diagrama de aquecimento de um material: A alternativa correta é: A) o diagrama representa o resfriamento de uma substância pura. B) a temperatura no tempo zero representa o aquecimento de um líquido. C) 210°C é a temperatura de fusão do material. D) a transformação de X para Y é um fenômeno químico. E) 80°C é a temperatura de fusão do material. Resolução: (A)Errada. Não é uma substância pura porque no ponto de ebulição a temperatura não permanece constante. (B)Errada. No tempo zero temos o aquecimento de um sólido. (C) Errada. 210 ºC é a temperatura em que acaba a faixa de temperatura de ebulição do material. (D) Errada. A transformação de X para Y é um fenômeno físico. (E) Correta. 80°C é a temperatura de fusão do material. Visto que fica em uma temperatura constante, trata-se de uma mistura eutética. Alternativa: E TESTES – MUDANÇA DA FASE 01) A fusão de uma substância pura, sob pressão constante, é uma transformação: A) endotérmica e isocórica B) endotérmica e isotérmica C) exotérmica e isométrica D) exotérmica e isotérmica E) n.d.a. 02) (FMSC-SP) A formação de gelo no inverno constitui um fator que: A) dificulta a continuação da queda de temperatura; B) favorece a queda de temperatura; C) não se pode prever como irá influir no clima; D) não tem influência na queda de temperatura; E) torna os efeitos do inverno muito mais rigorosos. 03) (PUC-MG) Para fundir 100g de gelo a 0ºC, precisa-se 8000 cal e, para aquecer de 10ºC 100g de água, precisa-se de 1000 cal. Quantas calorias serão necessárias para transformar 200g de gelo a 0ºC em água a 20ºC? A) 10 000 cal B) 20 000 cal C) 30 000 cal D) 26 000 cal E) 36 000 cal Para as questões 04 e 05 Um cubo de 1,0kg de gelo acha-se no interior de um recipiente de alumínio, de massa 2,0kg, ambos inicialmente a -10°C. Através de um aquecedor com potência de 1,0kW, o gelo é aquecido, transformando-se em vapor a 100°C, sob pressão normal. Dados: Calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/g°C Calor específico sensível da água = 1,0 cal/g°C Calor específico sensível do alumínio = 0,215 cal/g°C Calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g Calor específico latente de vaporização da água = 539 cal/g Equivalente mecânico da caloria = 4,18 J/cal 04) Nessa transformação, a quantidade de calor fornecida ao sistema é de, aproximadamente: A) 156kcal B) 593kcal C) 771 kcal D) 829 kcal E) 1000 kcal 05) Nesta transformação, o aquecedor deverá permanecer ligado por aproximadamente: A) 8,0 min B) 15 min C) 28 min D) 54 min E) 96 min 06) (UNIP-SP) O calor específico latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. Para fundir uma massa de gelo de 80g, sem variação de temperatura, a quantidade de calor latente necessária é de: A) 1,0 cal B) 6,4 cal C) 1,0 kcal D) 64 kcal E) 6,4. 103cal 07) (FUVEST – FGV – SP) Dispõe-se de água a 80°C e gelo a 0°C. Deseja-se obter 100gramas de água a uma temperatura de 40°C (após o equilíbrio), misturando água e gelo em um recipiente isolante e com capacidade térmica desprezível. Sabe-se que o calor específico latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico sensível da água é 1,0 cal/g°C. A massa de gelo a ser utilizada é: A) 5,0g B) 12,5g C) 25g D) 33g E) 50g 08) Considere um copo contendo uma massa M de água pura, à temperatura de 20°C. Um bloco de gelo de massa 50g e a uma temperatura de -20°C é colocado dentro da água do copo. Admita que o sistema gelo-água esteja isolado termicamente do ambiente externo e que o copo tenha capacidade térmica desprezível. São dados: (1) Calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/g°C (2) Calor específico sensível da água = 1,0 cal/g°C (3) Calor específico latente de fusão do gelo = 80 cal/g Sabendo que a temperatura final de equilíbrio térmico é de 10°C, concluímos que M é igual a: A) 2,5.102g B) 4,0.102g C) 4,5.102g D) 5,0.102g E) 1,0.103g 09) (ITA) Num dia de calor, em que a temperatura ambiente era de 30°C, João pegou um copo com volume de 200cm3 de refrigerante à temperatura ambiente e mergulhou nele dois cubos de gelo de massa 15g cada um. Se o gelo estava à temperatura de -4,0°C e derreteu-se por completo e supondo que o refrigerante tem o mesmo calor específico sensível da água, a temperatura final da bebida de João ficou sendo aproximadamente de: Dado: densidade absoluta da água = 1,0 g/cm3 A) 0°C B) 12°C C) 15°C D) 20°C E) 25°C 10) (EN – RJ) Uma barra de gelo de massa 100g a -20°C é colocada num recipiente com 15g de água líquida a 10°C. Sabe-se que o calor específico sensível do gelo vale 0,55 cal/g°C, o calor específico latente de fusão do gelo, 80 cal/g e o calor específico sensível da água líquida, 1,0 cal/g°C. A temperatura de equilíbrio será, em °C, igual a: A) -10 B) 0 C) +10 D) +20 E) n.d.a. GABARITO 01B – 02A – 03B – 04C – 05D – 06E – 07C – 08D – 09C – 10B - EXRCÍCICIOS: 01) (UCDB-MS) Uma substância sólida é aquecida continuamente. O gráfico a seguir mostra a variação da temperatura (ordenada) com o tempo (abscissa): O ponto de fusão, o ponto de ebulição e o tempo durante o qual a substância permanece no estado líquido são, respectivamente: A) 150, 65 e 5 B) 65, 150 e 25 C) 150, 65 e 25 D) 65, 150 e 5 E) 65, 150 e 10 02) (UFPA) Dado o diagrama de aquecimento de um material: A alternativa correta é: A) o diagrama representa o resfriamento de uma substância pura. B) a temperatura no tempo zero representa o aquecimento de um líquido. C) 210°C é a temperatura de fusão do material. D) a transformação de X para Y é um fenômeno químico. E) 80°C é a temperatura de fusão do material. 03) (UFSM) Quando se está ao nível do mar, observa-se que a água ferve a uma temperatura de 100 °C. Subindo uma montanha de 1 000 m de altitude, observa-se que: A) a água ferve numa temperatura maior, pois seu calor específico aumenta. B) a água ferve numa temperatura maior, pois a pressão atmosférica é maior. C) a água ferve numa temperatura menor, pois a pressão atmosférica é menor. D) a água ferve na mesma temperatura de 100 °C, independente da pressão atmosférica. E) a água não consegue ferver nessa altitude. 04) (MED. POUSO ALEGRE - MG) Observe os seguintes fatos: I - Uma pedra de naftalina deixada no armário. II - Uma vasilha com água deixada no freezer. III - Uma vasilha com água deixada no fogo. IV - O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido. Nesses fatos, estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos: A) I. sublimação, II. solidificação, III. evaporação, IV. fusão; B) I. sublimação, II. solidificação, III. fusão, IV. evaporação; C) I. fusão, II. sublimação, III. evaporação, IV. solidificação; D) I. evaporação, II. solidificação, III. fusão, IV. sublimação; E) I. evaporação, II. sublimação, III. fusão, IV. solidificação. 05) (UFMG) Uma indústria química comprou certa quantidade de plástico de um fabricante, antes de ser usado, colhe-se uma amostra e submete-se a mesma a uma série de testes para verificações. Um desses testes Consiste em colocar uma fração da amostra num equipamento e aquecê-la até o plástico derreter. A fração sofreu: A) sublimação B) solidificação C) ebulição D) condensação E) fusão 06) (FAAP-SP) No texto: “Um escultor recebe um bloco retangular de mármore e, habilmente, o transforma na estátua de uma celebridade do cinema”, podemos identificar matéria, corpo e objeto e, a partir daí, definir esses três conceitos. I. Matéria (mármore): tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço. II. Corpo (bloco retangular de mármore): porção limitada de matéria que, por sua forma especial, se presta a um determinado uso. III. Objeto (estátua de mármore): porção limitada de matéria. Assinale a alternativa correta: A) se somente a afirmativa I é correta. B) se somente a afirmativa II é correta. C) se somente a afirmativa III é correta. D) se somente as afirmativas I e II são corretas. E) se as afirmativas I, II e III são corretas 07) (UFC-CE) Dentre as opções abaixo, marque a que apresenta fortes indícios de que a amostra nela descrita é um elemento. A) Um sólido azul que é separado em dois por método físico. B) Um líquido preto que apresenta faixa de temperatura durante a ebulição. C) Um líquido incolor que se transforma em sólido incolor por resfriamento. D) Um sólido branco que, por aquecimento, se torna amarelo e, depois, novamente branco, ao resfriar. E) Um sólido preto que queima completamente em oxigênio, produzindo um único gás incolor. 08) (UFV-MG) A naftalina, nome comercial do hidrocarboneto naftaleno, é utilizada em gavetas e armários para proteger tecidos, papéis e livros do ataque de traças e outros insetos. Assim como outros compostos, a naftalina tem a propriedade de passar do estado sólido para o gasoso sem fundir-se. Esse fenômeno é chamado de: A) liquefação. B) sublimação. C) combustão. D) ebulição. E) solidificação. 64) (UFMG-MG) Algumas propriedades físicas são características do conjunto das moléculas de uma substância, enquanto outras são atributos intrínsecos a moléculas individuais. Assim sendo, é CORRETO afirmar que uma propriedade intrínseca de uma molécula de água é a: A) densidade. B) polaridade. C) pressão de vapor. D) temperatura de ebulição. 09) (UFAL-AL) Uma pessoa comprou um frasco de álcool anidro. Para se certificar de que o conteúdo do frasco não foi fraudado com a adição de água, basta que ela determine, com exatidão, I. a densidade II. o volume III. a temperatura de ebulição IV. a massa Dessas afirmações, são corretas SOMENTE A) I e II B) I e III C) I e IV D) II e III E) III e IV 10) (UECE-CE) Considere as afirmativas: I.Como os CFC (clorofluorocarbonos) destroem a camada de ozônio que protege a Terra dos raios ultravioletas, eles estão sendo substituídos por outros gases, como o butano, por exemplo. O que diferencia os gases CFC do gás butano neste aspecto é uma propriedade química. II. Matéria e energia são interconversíveis. III. Três frascos de vidro transparente, fechados e exatamente iguais, contêm cada um a mesma massa de diferentes líquidos. Um contém água (d = 1,00g/mL), o outro, clorofórmio (d = 1,4g/mL) e o terceiro, álcool etílico (d= 0,8g/mL). O frasco que contém menor volume de líquido é o do álcool etílico. IV. São propriedades gerais da matéria: massa, extensão, compressibilidade, elasticidade e acidez. V. A medida da massa de um corpo não varia em função da sua posição geográfica na Terra. Das afirmativas acima são verdadeiras somente: A) I, II, III e IV B) I, II, III e V C) II, III e V D) I, II e V 11) (UTFPR-PR) Em uma noite de inverno rigoroso uma dona de casa estendeu as roupas recém lavadas no varal, expostas ao tempo. Pela manhã as roupas congelaram, em função do frio intenso. Com a elevação da temperatura no decorrer da manhã, começou a pingar água das roupas, em seguida elas ficaram apenas úmidas, e elas logo estavam secas. Ocorreram nestas roupas, respectivamente, as seguintes passagens de estados físicos: A) solidificação, evaporação e fusão. B) solidificação, fusão e evaporação. C) fusão, solidificação e evaporação. D) fusão, evaporação e solidificação. E) evaporação, solidificação e fusão 12) (FATEC-SP) Duas amostras de naftalina, uma de 20,0 g (amostra A) e outra de 40,0 g (amostra B), foram colocadas em tubos de ensaio separados, para serem submetidas à fusão. Ambas as amostras foram aquecidas por uma mesma fonte de calor. No decorrer do aquecimento de cada uma delas, as temperaturas foram anotadas de 30 em 30 segundos. Um estudante, considerando tal procedimento, fez as seguintes previsões: I. A fusão da amostra A deve ocorrer a temperatura mais baixa do que a da amostra B. II. A temperatura de fusão da amostra B deve ser o dobro da temperatura de fusão da amostra A. III. A amostra A alcançará a temperatura de fusão num tempo menor que a amostra B. IV. Ambas as amostras devem entrar em fusão à mesma temperatura. É correto o que se afirma apenas em: A) I. B) II. C) III. D) II e III. E) III e IV GABARITO: 01D – 02E – 03C – 04A – 05E – 06A – 07E – 08B – 09B – 10B – 11D – 12B. TROCA DE CALOR Troca de calor – Isso acontece quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico. As trocas de calor acontecem porque o calor é um tipo de energia que transita entre os corpos, ocasionando esse movimento, fato que acontece até que haja o equilíbrio térmico entre ambos. Esse processo acontece porque os corpos sentem a necessidade de ceder e receber calor. Calor Específico - É a quantidade de calor que deve ser fornecida para que 1 g de substância tenha a sua temperatura elevada em 1°C. Cada substância possui um determinado valor de calor específico, que é geralmente expresso em cal/g.°C. Quanto maior for o calor específico de uma substância, maior será a quantidade de calor que deverá ser fornecida ou retirada dela para que ocorram variações de temperatura. A água, quando comparada com várias outras substâncias, possui o maior calor específico, que corresponde a 1 cal/g.ºC Calor Sensível - É energia térmica em trânsito que flui entre os corpos em razão da diferença de temperatura entre eles. Dessa forma, imagine uma barra de ferro que receba ou perca certa quantidade de calor (Q). Esse calor que a barra ganhou ou perdeu é denominado de calor sensível, pois ele provoca apenas variação na temperatura do corpo sem que aconteça mudança em seu estado de agregação, ou seja, se o corpo é sólido, continua sólido. Calor Latente - É a grandeza física que está relacionada à quantidade de calor que um corpo precisa receber ou ceder para mudar de estado físico. Onde L é o calor latente da substância e tem como unidade a cal/g. O calor latente pode assumir tanto valores positivos quanto negativos. Se for positivo, quer dizer que o corpo está recebendo calor; se negativo, ele está cedendo calor. Capacidade Térmica - Determina a quantidade calor que um corpo precisa receber para alterar sua temperatura em uma unidade. Cada corpo comporta-se de forma diferente ao receber uma determinada quantidade de calor, e um exemplo em que podemos perceber isso facilmente ocorre na praia. A areia e a água do mar estão submetidas à mesma fonte de calor, o sol, mas a areia fica muito mais quente do que a água. Isso acontece porque a areia e a água possuem capacidades térmicas diferentes. Sendo assim, a capacidade térmica é uma grandeza que depende da quantidade de calor recebida e da variação de temperatura sofrida por um corpo. Ela pode ser definida da seguinte forma: “A capacidade térmica (C) é a razão entre a quantidade de calor (Q) recebida por um corpo e a variação de temperatura (ΔT) sofrida por ele.” Matematicamente, essa relação é dada pela expressão: C = Q Observação: A unidade de medida da capacidade térmica no Sistema Internacional é calorias por grau Celsius (cal/ºC). Um exemplo para compreender melhor a interpretação dessa grandeza é a seguinte situação: Se um corpo recebe 1000 cal e aumenta sua temperatura em 20ºC, sua capacidade térmica é? C = Q = 1.000 = 50 cal/ºC Ou seja, a cada 50 calorias que o corpo recebe, sua temperatura varia em 1ºC. A capacidade térmica é uma propriedade dos corpos que depende apenas de sua massa, sendo assim, dois corpos feitos do mesmo material podem sofrer variações de temperatura diferentes ao receberem a mesma quantidade de calor se suas massas são diferentes. Por exemplo: se quisermos aquecer duas chapas de metal, uma com 5 kg e outra com 10 kg, será necessário fornecer maior quantidade de calor à chapa de 10 kg, já que sua massa é maior. Observação: a capacidade térmica é a grandeza que caracteriza a variação de temperatura sofrida por corpos. É uma característica do corpo, e não da substância. EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01) (Fuvest) Em um laboratório de Física, uma amostra de 20 g de cobre recebeu 186 cal de calor de uma determinada fonte térmica. Sabendo que o calor específico do cobre é 0,093 cal/g°C, determine a variação de temperatura sofrida pela amostra.
186 = 20 . 0,093 . Δt 186 = 1,86. Δt Δt = 186 ÷ 1,86 Δt = 100 °C 02) (PUC) Determine a capacidade térmica de um corpo que recebeu 2000 calorias de calor de uma fonte térmica e sofreu uma variação de temperatura de 40°C. C = Q ÷ Δt C = 2000 ÷ 40 C = 50 cal/°C 03) (Fuvest) Determine o calor específico em cal/g°C de uma substância com massa de 1 kg que, ao receber 5000 cal de calor de uma fonte térmica, teve a sua temperatura elevada em 20 °C. Q = m . c . ΔT 5000 = 1000 . c . 20 5000 = 20.000 c c = 5000 c = 5 c = 1 c = 0,25 cal/g°C 04) (UF - Paraná) Para aquecer 500 g de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4 000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:
05) (PUC) Ao fornecer 300 calorias de calor para um corpo, verifica-se como consequência uma variação de temperatura igual a 50 ºC. Determine a capacidade térmica desse corpo. 06) (Makenzie - SP) Em uma manhã de céu azul, um banhista na praia observa que a areia está muito quente e a água do mar está muito fria. À noite, esse mesmo banhista observa que a areia da praia está fira e a água do mar está morna. O fenômeno observado deve-se ao fato de que: A) a densidade da água do mar é menor que a da areia. B) o calor específico da areia é menor que o calor específico da água. C) o coeficiente de dilatação térmica da água é maior que o coeficiente de dilatação térmica da areia. D) o calor contido na areia, à noite, propaga-se para a água do mar. E) a agitação da água do mar retarda seu resfriamento. Alternativa: B 07) (FUVEST – SP) Um amolador de facas, ao operar um esmeril, é atingido por fagulhas incandescentes, mas não se queima. Isso acontece porque as fagulhas: A) tem calor específico muito grande. B) tem temperatura muito baixa. C) tem capacidade térmica muito pequena. D) estão em mudança de estado. E) não transportam energia. Alternativa: C 08) (UFU) 240 g de água (calor específico igual a 1 cal/g°C) são aquecidos pela absorção de 200 W de potência na forma de calor. Considerando 1 cal = 4 J, o intervalo de tempo necessário para essa quantidade de água variar sua temperatura em 50 °C será de? A) 1 min B) 3 min C) 2 min D) 4min Resolução: Massa: 240 g Potência fornecida: 200 W Variação de temperatura: Δθ = 50 °C A potência é definida como a razão entre a quantidade de energia e o tempo: P = E/Δt O calor é a energia fornecida à água, sendo assim, podemos escrever: P = m.c.Δθ / Δt Δθ é a variação de temperatura e Δt é a variação do tempo. Unidade W corresponde a J/s. Calor específico (c) da água é 1. 1joule = 4 J/g.ºC. Substituindo os valores, teremos: 200 = (240.4.50) / Δt Δt = (240.4.50) / 200 Δt = 48000 / 200 Δt = 240s Δt = 4 min Alternativa: D 09) (UFV-MG) Uma potência de 2000 watts é usada durante 1,0 min para elevar a temperatura, de 10°C para 60°C, de um sólido de massa 0,5kg. Considerando que não há mudança de fase durante a elevação da temperatura, o calor específico desse sólido, em unidade de J/(Kg°C), é: A) 4,8 . 103 B) 3,4 . 103 C) 5,6 . 103 D) 1,2 . 103 E) 0,8 . 103 Resolução: Variação de tempo: Δt = 1,0 = 60s Variação de temperatura: Δθ = 60 – 10 Δθ = 50°C A potência é definida como a razão entre a quantidade de energia e o tempo, sendo assim, temos: P = E/Δt O calor foi a energia fornecida à água, sendo assim, podemos escrever: P = m.c.Δθ / Δt Isolando o calor específico, teremos: c = P. Δt / m. Δθ Substituindo os valores, teremos: c = 2000 W.60 s / 0,5 Kg. 50°C c = 120000 / 25 c = 4800 = 4,8 . 103 J/(Kg°C) Alternativa: A 10) (IFPE) No preparo de uma xícara de café com leite, são utilizados 150ml (150g) de café, a 80ºC, e 50ml (50g) de leite, a 20ºC. Qual será a temperatura do café com leite? (Utilize o calor específico do café = calor específico do leite = 1,0cal/gºC) A) 65 ºC B) 50 ºC C) 75 ºC D) 80 ºC E) 90 ºC Resolução: Como foi dito, a soma das quantidades de calor deve ser nula. Assim, temos: Alternativa: A 11) (Enem) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70°C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30°C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25°C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? A) 0,111. B) 0,125. C) 0,357. D) 0,428. E) 0,833. Resolução O equilíbrio térmico é atingido quando as temperaturas dos dois corpos ficam iguais. Quando isso ocorre, a quantidade de calor cedida pela água quente é igual ao calor recebido pela água fria. Assim, podemos utilizar a equação: Q1= - Q2 m1 . c . ΔT1= - m2 . c . ΔT2 O índice 2 é atribuído à água quente, e o índice 1, à água fria. O sinal negativo é dado a Q2 porque a água quente cede calor para a água fria, ou seja, perde parte de sua energia. Como c é um valor constante, já que se trata da mesma substância, ele pode ser simplificado na equação, e o ΔT deve ser substituído pela diferença entre as temperaturas final e inicial da água: m1 . (Tf - Ti) 1 = - m2 . (Tf - Ti)2 Substituindo os dados do problema, temos: m1.(30 - 70) = - m2.(30 – 25) m1 . (- 40) = - m2 . (5) m1 = 5 / m2 = 40 m1= 0,125 Alternativa: B 12) Para derreter uma barra de um material w de 1kg é necessário aquecê-lo até a temperatura de 1000°C. Sendo a temperatura do ambiente no momento analisado 20°C e o calor específico de w=4,3J/kg.°C, qual a quantidade de calor necessária para derreter a barra?
13) Um bloco de ferro de 10cm³ é resfriado de 300°C para 0°C. Quantas calorias o bloco perde para o ambiente? Dados: densidade do ferro = 7,85g/cm³ e calor específico do ferro = 0,11cal/g.°C O primeiro passo é descobrir a massa do bloco, sabendo sua densidade e seu volume (é importante prestar bastante atenção nas unidades de cada grandeza).
Conhecendo a massa, podemos calcular a quantidade de calor do corpo: Como Q < 0, a transferência de calor acontece no sentido do bloco para o meio ambiente (libera calor). 14) Qual a quantidade de calor absorvida para que 1L d'água congelado e à -20°C vaporize e chegue a temperatura de 130°C. Dados: Calor latente de fusão da água: L = 80cal/g Calor latente de vaporização da água: L = 540cal/g Calor específico do gelo: c = 0,5cal/g.°C Calor específico da água: c =1cal/g.°C Calor específico da água: c = 0,48cal/g.°C Densidade da água: d:1g/cm³ 1L = 1dm³ = 1000cm³ M = d . V M = 1000g
15) Um bloco de uma material desconhecido e de massa 1kg encontra-se à temperatura de 80°C, ao ser encostado em outro bloco do mesmo material, de massa 500g e que está em temperatura ambiente (20°C). Qual a temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos estejam em um calorímetro.
16) Em uma cozinha, uma chaleira com 1L de água ferve. Para que ela pare, são adicionados 500mL de água à 10°C. Qual a temperatura do equilíbrio do sistema? Qualquer quantidade de água que esteja fervendo encontra-se à temperatura de 100°C, se a temperatura for superior a esta, não haverá água líquida, apenas vapor. FLUXO DE CALOR Fluxo de calor - Seja Q a quantidade de calor que passa por uma superfície S num intervalo de tempo Δt. Definimos fluxo de calor (ɸ) como sendo o quociente entre Q e Δt: Observação: a unidade de fluxo de calor no SI é o watt (W) , isto é, joule por segundo. No entanto, são muito usadas as unidades caloria por segundo (cal/s) e caloria por minuto (cal/min). A definição de fluxo de calor é válida qualquer que seja o processo de propagação de calor através da superfície. EXERCÍCIOS 01) (Unifor-CE) O gráfico representa a temperatura de uma amostra de massa 100g de determinado metal, inicialmente sólido, em função da quantidade de calor por ela absorvida.
Pode-se afirmar que o calor latente tem fusão desse metal, em cal/g é: A) 12 B) 10 C) 8 D) 6 E) 2 02) (Vunesp-SP) A figura mostra os gráficos das temperaturas em função do tempo de aquecimento, em dois experimentos separados, de dois sólidos, A e B, de massas iguais, que se liquefizeram durante o processo. A taxa com que o calor é transferido no aquecimento é constante e igual nos dois casos. Se Ta e Tb forem as temperaturas de fusão e L a e L b os calores latentes de fusão de A e B, respectivamente, então: 03) (PUC) Determine a quantidade de calor em kJ necessária para um bloco de gelo com 2 kg de massa, inicialmente a -10°C, seja aquecido até a temperatura de 5°C. DADOS: Calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C / Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g A) 145 B) 155 C) 165 D) 175 E) 185 04) (MACKENZIE) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºC, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é: A) 500 B) 600 C) 700 D) 800 E) 900 05) (Unesp) Em um recipiente termicamente isolado, 200 g de água recebem calor de uma fonte térmica e elevam a sua temperatura de 10°C para 90°C. Sabendo que a massa de água ficou exposta à fonte por 3,5 minutos, determine a potência aproximada fornecida pela fonte em cal/s. Dado: Calor específico da água = 1 cal/g°C A) 56 B) 66 C) 76 D) 86 E) 96 06) (Vunesp) Determine o calor específico em cal/g°C de uma substância com massa de 1 kg que, ao receber 5000 cal de calor de uma fonte térmica, teve a sua temperatura elevada em 20 °C. A) 0,15 B) 0,25 C) 0,35 D) 0,45 E) 0,55 07) (Unifor-CE) Um cubo de gelo de massa 100 g, inicialmente à temperatura de - 20 °C, é aquecido até se transformar em água a 40 °C (dados: calor específico do gelo 0,50 cal/g °C; calor específico da água 1,0 cal/g °C; calor de fusão do gelo 80 cal/g). As quantidades de calor sensível e de calor latente trocados nessa transformação, em calorias, foram, respectivamente: A) 8.000 e 5.000 B) 5.000 e 8.000 C) 5.000 e 5.000 D) 4.000 e 8.000 E) 1.000 e 4.000 08) (Enem 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? A) 0,111. B) 0,125. C) 0,357. D) 0,428. E) 0,833. 09) (MACKENZIE) Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºC, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é: A) 500 B) 600 C) 700 D) 800 E) 900 10) (PUC) Sobre a equação fundamental da calorimetria, é incorreto afirmar que: aA) é definida a partir do calor específico e da capacidade térmica de um material; B) é utilizada para calcular a quantidade de calor trocada por um corpo, quando essa troca causa variação em sua temperatura; c) Relaciona a quantidade de calor trocada por um corpo com a sua massa, calor específico e variação de temperatura; d) Calcula o calor latente de um corpo; e) Também é utilizada para a obtenção do calor sensível de um corpo. 11) (PUC) Qual é a quantidade de calor necessária para transformar 50 g de gelo a -20 ºC em de água a 30 ºC? São dados: - calor específico do gelo: 0,50 cal/g.ºC - calor específico da água: 1,0 cal/g.ºC - calo latente de fusão do gelo: 80 cal/g Calcule os itens a, b, c, e d: (a) Quantidade de calor sensível: (b) Quantidade de calor latente de fusão: (c) Quantidade de calor sensível: (d) Quantidade de calor total: GABARITO: 01D – 02C – 03D – 04E – 05C – 06B – 07B – 08B – 09E – 10D – 11[a) Q1= 500 cal, b) Q2 = 4 000 cal, c) Q3 = 1 500 cal, d) Q = Q1 + Q2 +Q3 = 6 000 cal]. DILATAÇÃO TÉRMICA
Dilatação Térmica - Quando a temperatura de um corpo aumenta, a velocidade cinética das moléculas do corpo também aumenta, os espaço entre as moléculas e consequentemente o seu volume também aumenta. Do mesmo modo quando a temperatura de um corpo diminui a velocidade cinética das moléculas diminuem, os espaços entre as moléculas diminuem e consequentemente seu tamanho diminui. DILATAÇÃO LINEAR Dilatação Linear – Considera-se apenas a alteração do comprimento do corpo.
QUESTÕES RESOLVIDAS – DILATAÇÃO LINEAR 01) (UDESC/2012) Em um dia típico de verão utiliza-se uma régua metálica para medir o comprimento de um lápis. Após medir esse comprimento, coloca-se a régua metálica no congelador a uma temperatura de -10ºC e esperam-se cerca de 15 min para, novamente, medir o comprimento do mesmo lápis. O comprimento medido nesta situação, com relação ao medido anteriormente, será: A) maior, porque a régua sofreu uma contração. B) menor, porque a régua sofreu uma dilatação. C) maior, porque a régua se expandiu. D) menor, porque a régua se contraiu. E) o mesmo, porque o comprimento do lápis não se alterou. Resolução: Ao colocar a régua dentro do congelador, ela sofre uma contração em seu comprimento. Ao medir o lápis com essa régua, o comprimento será maior do que o medido anteriormente. Alternativa: A 02) Uma barra de 10 metros de alumínio a uma temperatura inicial de 20ºC fica exposta ao sol, sendo sua temperatura elevada para 40ºC. Sabendo que o coeficiente de dilatação do alumínio é αAl = 22.10 -6 ºC-1, calcule a dilatação sofrida pela barra. Resolução: A dilatação linear é dada pela equação: ΔL = L0 . α . Δθ Dados do problema: L0 = 10 m α = 22 . 10-6 ºC-1 Δθ = θf – θi = 40 – 20 = 20ºC Substituindo os dados na equação, temos que: ΔL = 10 . 22 . 10-6 . 20 ΔL = 44 . 10-4 m = 4,4 . 10-3 m 03) (UFLA-95) Uma barra de ferro homogênea é aquecida de 10ºC até 60ºC. Sabendo-se que a barra a 10ºC tem um comprimento igual a 5 m e que o coeficiente da dilatação linear do ferro é igual 1,2 x 10-6 ºC-1, podemos afirmar que a variação de dilatação ocorrida e o comprimento final da barra foram de: A) 5×10-4m; 5,0005m B) 2×10-4m; 5,0002m C) 4×10-4m; 5,0004m D) 3×10-4m; 5,0003m E) 6×10-4m; 5,0006m Resolução: L0 = 5m Δθ = θf – θi = 60 – 10 = 50ºC α = 1,2 x 10-6 ºC-1 Utilizamos a fórmula ΔL = L0 . α . Δθ para encontrar a dilatação. Substituindo os dados, temos que: ΔL = 5 . 1,2 x 10-6 . 50 ΔL = 300 . 10-6 m ΔL = 3 . 10-4 m O comprimento final é a soma do comprimento inicial mais a dilatação: Lf = L0 + ΔL Lf = 5 + 0,0003 Lf = 5,0003 m 04) Marque nas opções abaixo qual grandeza não interfere na dilatação dos sólidos: A) Natureza do material B) Comprimento inicial do sólido C) Variação de temperatura sofrida pelo sólido D) Tempo em que o sólido fica exposto à fonte de calor. Resolução: A equação utilizada para calcular a dilatação tem as seguintes grandezas: L0 – é o comprimento inicial; Δθ – é a variação de temperatura; α - é o coeficiente de dilatação. Essa grandeza assume um valor para cada material utilizado. O tempo não interfere na dilatação de um sólido. Alternativa: D 05) O gráfico abaixo representa a variação do comprimento de uma barra homogênea com a temperatura. Determine o coeficiente de dilatação linear de que a barra é constituída. Resolução:
06) A figura a seguir mostra uma esfera de aço de 50,1mm de diâmetro apoiada num anel de alumínio, cujo diâmetro interno é de 50,0 mm, ambos à mesma temperatura. Qual o acréscimo de temperatura que esse conjunto deve sofrer para que a esfera passe pelo anel? Dados: α aço = 1,08. 10-5 °C-1 e α al = 2,38 . 10-5 °C-1 Resolução: Temos que admitir que quando a esfera passa pelo anel, o diâmetro da esfera de aço (L aço ) é igual ao diâmetro interno do anel de alumínio (L al ). Portanto, basta determinar o valor de ∆T para que essa igualdade ocorra. Assim, da expressão L = Lo + ∆L, podemos fazer: L aço = L al → Lo aço + ∆L aço = Lo al + ∆L al → ∆L al - ∆L aço = Lo aço- Lo al (1) Substituindo a expressão ∆L = α Lo ∆T em 1, obtemos: α al Lo al ∆T - α aço Lo aço ∆T = Lo aço - Lo al 2,38.10-5.50,0.∆T - 1,08.10-5.50,1.∆T = 50,1 – 50,0 07) Duas barras homogêneas, A e B, tem seu comprimento L em função da temperatura variando de acordo com o gráfico. Determine os coeficientes de dilatação linear α A e α B dos materiais que constituem as barras. Resolução:
08) A extensão de trilhos de ferro sofre dilatação linear, calcule o aumento de comprimento que 1000 m dessa ferrovia sofre ao passar de 0°C para 20°C, sabendo que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 12.10-6 °C-1. Resolução: Obs: Aumento de comprimento sempre indica variação, ou seja, ∆L. ∆L = Lo α ∆T (o primeiro passo é substituir os valores dados na equação) ∆L = 1000. 12.10-6 .20 ∆L = 20 000. 12.10-6 (nesse momento foi multiplicado os termos inteiros para depois trabalharmos com o expoente de base 10). ∆L = 0,24 m 09) (FUVEST) Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro, na temperatura ambiente, é fixada por uma de suas extremidades, como visto na figura abaixo. Nessa situação, a lâmina está plana e horizontal. A seguir, ela é aquecida por uma chama de gás. Após algum tempo de aquecimento, a forma assumida pela lâmina será mais adequadamente representada pela figura: Note e adote: O coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 1,2 . 10–5 °C–1. O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 1,8 . 10–5 °C–1. Após o aquecimento, a temperatura da lâmina é uniforme. A) B) C) D) E) Alternativa: D 10) (UFPE) O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1,000m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6 ºC-1. Resolução: ΔL = L0 . α . Δθ 15 = 1000 . α . (500 - 0) α = 30. 10-6 ºC-1 Resposta: 30 EXERCÍCIOS – DILATAÇÃO LINEAR 01) (UDESC/2012) Em um dia típico de verão utiliza-se uma régua metálica para medir o comprimento de um lápis. Após medir esse comprimento, coloca-se a régua metálica no congelador a uma temperatura de -10ºC e esperam-se cerca de 15 min para, novamente, medir o comprimento do mesmo lápis. O comprimento medido nesta situação, com relação ao medido anteriormente, será: A) maior, porque a régua sofreu uma contração. B) menor, porque a régua sofreu uma dilatação. C) maior, porque a régua se expandiu. D) menor, porque a régua se contraiu. E) o mesmo, porque o comprimento do lápis não se alterou. 02) (UEL-PR) Uma barra de 10 metros de alumínio a uma temperatura inicial de 20ºC fica exposta ao sol, sendo sua temperatura elevada para 40ºC. Sabendo que o coeficiente de dilatação do alumínio é α Al = 22.10 -6 ºC-1, calcule a dilatação sofrida pela barra. 03) (UFLA) Uma barra de ferro homogênea é aquecida de 10ºC até 60ºC. Sabendo-se que a barra a 10ºC tem um comprimento igual a 5 m e que o coeficiente da dilatação linear do ferro é igual 1,2 x 10-6 ºC-1, podemos afirmar que a variação de dilatação ocorrida e o comprimento final da barra foram de: A) 5 × 10-4m; 5,0005m B) 2 × 10-4m; 5,0002m C) 4 × 10-4m; 5,0004m D) 3 × 10-4m; 5,0003m E) 6 × 10-4m; 5,0006m 04) (PUC) Marque nas opções abaixo qual grandeza não interfere na dilatação dos sólidos: A) Natureza do material B) Comprimento inicial do sólido C) Variação de temperatura sofrida pelo sólido D) Tempo em que o sólido fica exposto à fonte de calor. GABARITO: 01A – 02[ΔL = 44 . 10-4 m = 4,4 . 10-3 m ] - 03[ Lf = 5,0003 m ] – 04D. DILATAÇÃO SUPERFICIAL Dilatação Superficial – Considera-se apenas a alteração da superfície do corpo.
Observação: se soubermos o valor do coeficiente de dilatação linear (α) de uma determinada substância, poderemos também saber o valor do coeficiente de dilatação superficial (β) e o coeficiente de dilatação volumétrica (γ) da mesma. Observe a relação entre: α, β e γ α β = 2α γ = 3α QUESTÕES RESOLVIDAS – DILATAÇÃO SUPERFICIAL 01) (UNIC –MT) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100cm de raio, estando numa temperatura de 12°C. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do alumínio equivale a 22.10-6°C-1, a nova área do furo, quando a chapa for aquecida até 122°C, será equivalente a qual valor em metros? Resolução: A = Ao.(1 + β.ΔӨ) A = Л.r²..(1 + β.ΔӨ) A = Л.1².(1 + 44.10-6.110) A = Л.(1 + 0,00484) A = Л.(1,00484) A = 3,155 em valor aproximado. 02) Um quadrado de lado 2m é feito de um material cujo coeficiente de dilatação superficial é igual a 1,6.10-4. Determine a variação de área deste quadrado quando aquecido em 80°C. Resolução: ΔA = Ao.β.ΔӨ ΔA = 4.1,6 .10-4 .80 ΔA = 0,0512 m² 03) Sabendo que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 1,2.10-5, determine o coeficiente de dilatação superficial. Resolução: Como β = 2.α = temos que β = 2.1,2.10-5 = 2,4.10-5 04) Uma placa retangular de alumínio tem 10cm de largura e 40cm de comprimento, à temperatura de 20ºC. Essa placa é colocada num ambiente cuja temperatura é de 50ºC. Sabendo que al = 46.10-6 °C-1, calcule: a) A dilatação superficial da placa. b) A área da placa nesse ambiente. Resolução: a) Cálculo da área inicial: Si = 10 . 40 = 400cm2
S = 400.46.10-6.(50 - 20) S = 0,522cm2 b) Sf = Si + S Sf = 400 + 0,552 Sf = 400,552cm2 . 04) A área de uma chapa quadrada varia de 0,14 cm2 quando submetida a uma variação de 1000C na sua temperatura. Sendo a aresta do quadrado inicial de 10cm determine o coeficiente de dilatação linear (α) do material que constitui a chapa.
∆S = 0,14 cm2 a = 10 cm x 10 cm =100 cm2. ∆S = S0 . β . ∆t 0,14 = 100.β . 100 β = 14. 10-6 0C-1
Dados: Resposta: α = 7.10-6 0C-1
Considere que o coeficiente de expansão linear do material é α = 2,0 x 10−3 / ºC. Dilatação Volumétrica: ΔV=V - V0 (Basta trocar o A de área por V de volume) Ou V= V0(1+Y.ΔT)
Y= 3.α 06) A superfície de um corpo é dilatada ao ser aquecido. Calcule a dilatação desse corpo sabendo que o coeficiente de dilatação superficial é de 20µ °C-1, a superfície inicial é de 100 cm² e que a variação da temperatura foi de 130°C. µ = 10-6 Resolução: Dados: ΔS = ? Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial. ΔS = Si x β x ΔΘ ΔS = 100 x 20µ x 130 ΔS = 260000 µ ΔS = 0,26 cm² A superfície do corpo dilatou 0,26 cm². 07) Um corpo sofre dilatação ao ser aquecido e contrai ao ser resfriado. Um corpo foi resfriado, passando de 800 °C para 50 °C. A superfície inicial do corpo media 40 m² e o coeficiente de dilatação superficial do corpo é de 90µ °C-1. Calcule a variação da superfície do corpo. µ = 10-6 Dados ΔS = ? Agora é só substituir na fórmula da dilatação superficial. ΔS = Si x β x ΔΘ ΔS = 40 x 90µ x (-750) ΔS = -2700000 µ ΔS = -2,7 m² A superfície contraiu 2,7 m².
01) (Vunesp) Sabendo que o coeficiente de dilatação linear do ferro é 1,2.10-5, determine o coeficiente de dilatação superficial. 02) (UNIC –MT) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100cm de raio, estando numa temperatura de 12°C. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do alumínio equivale a 22.10-6°C-1, a nova área do furo, quando a chapa for aquecida até 122°C, será equivalente a qual valor em metros? 03) (PUC) Um quadrado de lado 2m é feito de um material cujo coeficiente de dilatação superficial é igual a 1,6.10-4. Determine a variação de área deste quadrado quando aquecido em 80°C. GABARITO: 01[A = 3,155 em valor aproximado.] – 02[ΔA = 0,0512 m²] – 03[ como β = 2.α= temos que β = 2.1,2.10-5 = 2,4.10-5]. DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Dilatação Volumétrica – Considera-se a alteração do volume do corpo.
QUESTÕES RESOLVIDAS – DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA 01) (MACK-SP) No estudo dos materiais utilizados para a restauração de dentes, os cientistas pesquisam entre outras características o coeficiente de dilatação térmica. Se utilizarmos um material de dilatação térmica inadequado, poderemos provocar sérias lesões ao dente, como uma trinca ou até mesmo sua quebra. Nesse caso, para que a restauração seja considerada ideal, o coeficiente de dilatação volumétrica do material de restauração deverá ser: A) igual ao coeficiente de dilatação volumétrica do dente. B) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito frios. C) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito frios. D) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito quentes. E) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito quentes. Resolução: Para que não ocorram danos aos dentes, é necessário utilizar um material que sofra a mesma variação de volume que o dente com uma determinada variação de temperatura. Portanto, o material deve ter o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica do dente. Alternativa: A 02) (Cesesp-PE) O tanque de gasolina de um carro, com capacidade para 60 litros, é completamente cheio a 10°C, e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30°C. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina iguala 1,1 10-3 °C-1 e considerando desprezível a variação de volume do tanque, a quantidade de gasolina derramada é, em litros: A) 1,32 B) 1,64 C) 0,65 D) 3,45 E) 0,58 Resolução: Dados: Vi = 60
L tF 30 °C γgasol. = 1,1 10-3 °C-1 Usamos a fórmula: ΔV = Vi . γ (tf – ti) ΔV = 60. 1,1 10-3 (30 – 10) ΔV = 66 . 10-3 . 20 ΔV = 1,320 L Alternativa: A 03) Três litros de água, a 30ºC, foram colocados em uma panela de ferro e aquecidos até atingir a temperatura final de 90ºC. Desconsiderando a dilatação sofrida pela panela, calcule o volume da água, após o aquecimento, sabendo que seu coeficiente de dilatação volumétrica é γ = 1,3 . 10-4 ºC-1. Resolução: Dados: Vi =
3L Usamos a fórmula: ΔV = Vi . γ (tf – ti) ΔV = 3. 1,3 . 10-4 . (90 – 30) ΔV = 3,9 . 10-4 . 60 ΔV = 234 . 10-4 ΔV = 0,0234 L O volume final é dado pela soma do volume inicial com a dilatação sofrida pela água: Vf = Vi + ΔV Vf = 3 + 0,0234 Vf = 3,0234 L 04) Uma substância, ao ser submetida a uma variação de temperatura de 80ºC, sofreu dilatação, aumentado seu volume em 10L. Calcule o coeficiente de dilatação volumétrica dessa substância. Considere o volume inicial Vi = 500L. Resolução: Dados: ΔV = 10L ΔV = Vi . γ Δt γ = ΔV γ = 10 γ = 10 γ = = 2,5 . 10-4 ºC-1 05) A respeito da dilatação dos líquidos e da dilatação irregular da água, marque o que for falso. A) No aquecimento da água entre 0°C e 4°C, ocorre aumento de volume. B) A 4 °C, a água assume a sua maior densidade dentro do intervalo de 0°C a 4°C. C) A dilatação irregular da água ocorre somente em recipientes com coeficiente de dilatação que corresponda ao dobro do valor do coeficiente de dilatação da água. D) Pode-se considerar que, entre 0°C e 4°C, o coeficiente de dilatação da água é negativo. Resolução: A dilatação irregular da água ocorre independentemente do valor do coeficiente de dilatação do recipiente. Alternativa: C 06) Um recipiente de vidro comum, de coeficiente de dilatação linear igual a 9,0 x 10– 6 °C – 1, está completamente cheio de álcool etílico, de coeficiente de dilatação volumétrica igual a 0,75 x 10– 3°C – 1. Após o conjunto sofrer uma variação de temperatura (ΔT), ocorre vazamento de líquido. Determine o valor aproximado do coeficiente de dilatação volumétrica aparente para o álcool etílico. A) 1,23 x 10- 4°C- 1 B) 6,00 x 10- 4°C- 1 C) 6,23 x 10- 4°C- 1 D) 7,23 x 10- 4°C- 1 E) 2,23 x 10- 4 °C- 1 Resolução: Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC. ΔVAP corresponde à variação de volume aparente do líquido e ΔVREC refere-se à variação de volume do recipiente. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC γ REAL= γ AP + γ REC 0,75 x 10 –
3 = γ AP + 27 x 10 – 6 Alternativa: D 07) (AFA) Um recipiente de vidro de 200ml de volume está completamente cheio de mercúrio, e ambos se encontram a 30°C. Se a temperatura do sistema líquido-recipiente sobe para 90°C, qual é o volume de mercúrio, em ml, que transborda do recipiente? Dados: γHg = 1,8 x 10– 4 °C–1 γvidro = 3,0 x 10–5 °C–1 A) 1,8 B) 2,6 C) 5,0 D) 9,0 Resolução: Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos: V0 . γHg. ΔT = V0 . γVIDRO. ΔT + ΔVAP 200 . 1,8 x 10 – 4 . (90 – 30) = 200 . 3,0 x 10 –5 . (90 – 30) + ΔVAP 2,16 = 0,36 + ΔVAP ΔVAP = 1,8 ml Alternativa: A 08) (AFA) Um recipiente tem capacidade de 3000cm3 a 20°C e está completamente cheio de um determinado líquido. Ao aquecer o conjunto até 120°C, transbordam 27cm3. O coeficiente de dilatação aparente desse líquido, em relação ao material de que é feito o recipiente, é, em °C– 1, igual a: A) 3,0 x 10– 5 B) 9,0 x 10– 5 C) 2,7 x 10– 4 D) 8,1 x 10– 4 Resolução: O volume extravasado corresponde à variação de volume aparente do líquido ΔVAP. Portanto: ΔVAP = V0 . γAP ΔT 27 = 3000 . γAP . (120 – 20) 27 = 300.000 . γAP γAP = 27 γAP = 9,0 x 10 – 5 °C - 1 Alternativa: B 09) (Enem) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5°C. Para revender o liquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35 °C, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5°C e os revende. Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1×10−3 °C−1, desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre A ) R$ 500,00 e R$ 1.000,00. B ) R$ 1.050,00 e R$ 1.250,00. C ) R$ 4.000,00 e R$ 5.000,00. D ) R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00. E ) R$ 7.000,00 e R$ 7.950,00. Resolução ∆V = V0⋅y⋅∆T ∆V = 20000⋅1 . 10−3 ⋅ 30 ∆V = 600 litros = variação volumétrica do álcool. Para saber o lucro de uma semana, basta multiplicar por 7 dias, a R$ 1,60 por dia. 1,60 x 7 x 600 = 6720 reais. Alternativa: D 10) (Unitau-SP) Um cubo metálico é constituído de um material cujo coeficiente de dilatação linear é α. Os lados desse cubo são iguais a x quando o objeto está em uma temperatura de vinte e cinco graus centígrados. Quando a temperatura do cubo é aumentada em 40%, a variação do volume do cubo será de? A) ΔV = 30 α . x3 B) ΔV = 40 α . x3 C) ΔV = 65 α . x3 D) ΔV = 10 α . x3 E) ΔV = 25 α . x3 Resolução: A temperatura inicial é de 25°C. Se o aumento foi de 40% (0,4), a temperatura final é: 25 + 25.0,4 = 25 + 10 = 35°C Aplicando a equação da dilatação linear, teremos: ΔV = V0 . γ . ΔT ΔV = (x.x.x) . γ .(35 – 25) ΔV = x3 . γ .10 Como γ = 3.α, teremos: ΔV = x3 . 3. α .10 ΔV = 30 α . x3 Alternativa: A EXERCÍCIOS – DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA 01) (MACK-SP) No estudo dos materiais utilizados para a restauração de dentes, os cientistas pesquisam entre outras características o coeficiente de dilatação térmica. Se utilizarmos um material de dilatação térmica inadequado, poderemos provocar sérias lesões ao dente, como uma trinca ou até mesmo sua quebra. Nesse caso, para que a restauração seja considerada ideal, o coeficiente de dilatação volumétrica do material de restauração deverá ser: A) igual ao coeficiente de dilatação volumétrica do dente. B) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito frios. C) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito frios. D) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito quentes. e) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com alimentos muito quentes. 02) (Cesesp-PE) O tanque de gasolina de um carro, com capacidade para 60 litros, é completamente cheio a 10 °C, e o carro é deixado num estacionamento onde a temperatura é de 30 °C. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina iguala 1,1 10-3 °C-1 e considerando desprezível a variação de volume do tanque, a quantidade de gasolina derramada é, em litros: A) 1,32 B) 1,64 C) 0,65 D) 3,45 E) 0,58 03) (PUC) Três litros de água, a 30ºC, foram colocados em uma panela de ferro e aquecidos até atingir a temperatura final de 90ºC. Desconsiderando a dilatação sofrida pela panela, calcule o volume da água, após o aquecimento, sabendo que seu coeficiente de dilatação volumétrica é γ = 1,3 . 10-4 ºC-1. 04) (Vunesp) Uma substância, ao ser submetida a uma variação de temperatura de 80ºC, sofreu dilatação, aumentado seu volume em 10L. Calcule o coeficiente de dilatação volumétrica dessa substância. Considere o volume inicial Vi = 500L. GABARITO: 01A – 02A – 03[ Vf = 3,0234 L ] – 04[γ = 2,5 . 10-4 ºC-1 ]. QUESTÕES RESOLVIDAS – DILATAÇÃO TÉRMICA 01) (ITA) O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum porque: A) possui alto coeficiente de rigidez. B) tem baixo coeficiente de dilatação térmica. C) tem alto coeficiente de dilatação térmica. D) tem alto calor específico. E) é mais maleável que o vidro comum. Resolução: No momento do choque térmico, o material que possuir o menor coeficiente de dilatação será o mais resistente, uma vez que sofrerá uma menor dilatação e, assim, não comprometerá a sua estrutura. Alternativa: B 02) Dois fios metálicos A e B, feitos de materiais diferentes, possuem mesmo comprimento e temperatura iniciais. Quando a temperatura aumenta para um valor T, os comprimentos de A e B aumentam 2% e 6% , respectivamente. Determine a razão aproximada entre o coeficiente de dilatação do fio A pelo coeficiente do fio B. A) 0,18 B) 0,22 C) 0,33 D) 0,25 E) 0,58 Resolução: A dilatação dos fios corresponde à porcentagem de aumento referente ao tamanho inicial deles. A variação de temperatura sofrida por eles é igual, portanto: Para o fio A, temos: 0,02 L0 = L0 . αA . ΔT αA = 0,02 Para o fio B, temos: 0,06 L0 = L0 . αB . ΔT αB= 0,06 A razão entre αA e αB será: αA = 0,33 Alternativa: C 03) (UPE) Uma barra de coeficiente de dilatação α = 5π x 10-4ºC-1, comprimento 2,0m e temperatura inicial de 25ºC está presa a uma parede por meio de um suporte de fixação S. A outra extremidade da barra B está posicionada no topo de um disco de raio R = 30cm. Quando aumentamos lentamente a temperatura da barra até um valor final T, verificamos que o disco sofre um deslocamento angular Δθ = 30º no processo. Observe a figura a seguir: Supondo que o disco rola sem deslizar e desprezando os efeitos da temperatura sobre o suporte S e também sobre o disco, calcule o valor de T. A) 50 °C B) 75 °C C) 125 °C D) 300 °C E) 325 °C Resolução: O deslocamento linear Y correspondente ao giro de 30° do disco pode ser determinado pelo produto entre o ângulo em radianos e o raio do disco. Sabendo que 30° = π temos: Y = Δθ . R = π . 30 = 5 π cm Sabendo que o deslocamento linear Y corresponde à dilatação da barra, temos: Y = l0 .α . ΔT 5 π = 200 . 5π x 10-4 . ΔT 1 = 200 x 10-4 ΔT ΔT . 2 x 10 – 2 = 1 ΔT = 1 = 50 °C Como ΔT = T – T0 , temos: 50 = T – 25 Alternativa: B 04) Qual deve ser a variação de temperatura aproximada sofrida por uma barra de alumínio para que ela atinja uma dilatação correspondente a 0,2% de seu tamanho inicial? Dados: Coeficiente de dilatação do alumínio como 23 x 10 – 6 °C – 1. A) 97 °C B) 7 °C C) 70 °C D) 58 °C R) 87 °C Resolução: A dilatação sofrida pela barra corresponde à porcentagem de aumento, portanto: 0,002 L0 = L0 . αBARRA . ΔT 0,002 = 23x10 – 6 ΔT ΔT = 86,9°C Alternativa: E 05) (Fuvest) Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura abaixo. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10cm e, o da inferior, 2cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25ºC, for aquecida a 225ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de Dados Coeficiente de dilatação linear da barra é de 2x10 – 5 °C - 1 A) 1 mm B) 3 mm C) 6mm D) 12mm E) 30mm Resolução: O deslocamento do ponteiro inferior será igual à dilatação sofrida pela barra, portanto: Δlinf = l0 .α . ΔT Δlinf = 30x10 – 2 . 2x10 – 5 . ( 225 – 25) Δlinf = 60x10 – 7 . 200 Δlinf = 120x10 – 5 Δlinf = 1,2x10 – 3 = 1,2 mm A figura abaixo mostra o deslocamento dos ponteiros. Como o deslocamento angular α é pequeno, podemos considerar que os deslocamentos das partes superior e inferior são praticamente retilíneos. Aplicando a semelhança de triângulos, temos: Δlsup = 10 portanto, Δlsup = 5 . Δlinf → Δlinf =
5 . 1,2mm = 6 mm Alternativa: C 06) Uma barra de cobre com coeficiente de dilatação linear de 17x10–6 °C-1 está inicialmente a 30°C e é aquecida até que a sua dilatação corresponda a 0,17% de seu tamanho inicial. Determine a temperatura final dessa barra. A) 85 °C B) 65 °C C) 105 °C D) 70 °C E) 80 °C Resolução: O aumento da barra deve corresponder a 0,17% do valor de seu comprimento inicial, portanto: Δl = 0,17% l0 Δl = 0,0017 . l0 Δl = 1,7 x 10 – 3 . l0 Substituindo esse valor na equação da dilatação linear, temos: Δl = l0 .α . ΔT 1,7 x 10 – 3 . l0 = l0 .α . ΔT 1,7 x 10 – 3 = α . ΔT 1,7 x 10 – 3 = ΔT. 17x10 – 6 ΔT = 1,7 x 10 – 3 ΔT = 100 °C Como ΔT = T – T0 , temos: 100 = T – 30 T = 70 °C Alternativa: D 07) Uma lâmina bimetálica composta por zinco e aço está fixada em uma parede de forma que a barra de aço permanece virada para cima. O que ocorre quando a lâmina é resfriada? Dado: αzinco = 25x10 – 6 °C – 1 αaço = 11x10 – 6 °C – 1 A) As duas barras sofrem a mesma dilatação. B) A lâmina bimetálica curva-se para cima. C) A lâmina bimetálica curva-se para baixo. D) A lâmina quebra-se, uma vez que é feita de materiais diferentes. E) Lâminas bimetálicas não podem ser resfriadas. Resolução: Como o zinco possui maior coeficiente de dilatação, ele sofrerá maior contração no resfriamento, puxando a barra de aço. Logo, o sistema curva-se para baixo. Alternativa: C 08) (ITA) O vidro pirex apresenta maior resistência ao choque térmico do que o vidro comum porque: A) possui alto coeficiente de rigidez. B) tem baixo coeficiente de dilatação térmica. C) tem alto coeficiente de dilatação térmica. D) tem alto calor específico. E) é mais maleável que o vidro comum. Resolução: No momento do choque térmico, o material que possuir o menor coeficiente de dilatação será o mais resistente, uma vez que sofrerá uma menor dilatação e, assim, não comprometerá a sua estrutura. Alternativa: B 08) (UDESC-SC) A tabela abaixo apresenta uma relação de substâncias e os seus respectivos valores de coeficiente de dilatação linear e condutividade térmica, ambos medidos à temperatura de 20°C.
Assinale a alternativa correta, tomando como base as informações acima. A) Barras do mesmo comprimento dos metais listados na tabela sofrerão dilatações iguais, quando submetidas a uma variação de temperatura de 20 °C. B) A condutividade térmica das substâncias permanece constante, independentemente da temperatura em que estas se encontram. C) Substâncias que possuem maior condutividade térmica também apresentam maiores coeficientes de dilatação. D) Dentre as substâncias listadas na tabela, o cobre é a melhor opção para fazer isolamentos térmicos. E) Duas chapas de dimensões iguais, uma de alumínio e outra de concreto, são submetidas à mesma variação de temperatura. Constata-se então que a variação de dilatação superficial da chapa de alumínio é duas vezes maior que a da chapa de concreto. Resolução: Observe que o valor do coeficiente de dilatação do alumínio é o dobro do coeficiente de dilatação do concreto e, como elas tem as mesmas dimensões iniciais e sofrem a mesma variação de temperatura, a chapa de alumínio se dilata duas vezes mais do que a de concreto. Alternativa: E EXERCÍCIOS - DILATAÇÃO TÉRMICA 01) (UEL-PR) O coeficiente de dilatação linear do aço é 1,1 x 10-5 ºC-1. Os trilhos de uma via férrea têm 12m cada um na temperatura de 0ºC. Sabendo-se que a temperatura máxima na região onde se encontra a estrada é 40ºC, o espaçamento mínimo entre dois trilhos consecutivos deve ser, aproximadamente, de: A) 0,40 cm B) 0,44 cm C) 0,46 cm D) 0,48 cm E) 0,53 cm 02) (MACKENZIE) Ao se aquecer de 1,0ºC uma haste metálica de 1,0m, o seu comprimento aumenta de 2,0 . 10-2mm. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80cm, quando a aquecemos de 20ºC, é: A) 0,23mm B) 0,32 mm C) 0,56 mm D) 0,65 mm E) 0,76 mm 03) (UELON-PR) O volume de um bloco metálico sofre um aumento de 0,60% quando sua temperatura varia de 200ºC. O coeficiente de dilatação de dilatação linear médio desse metal, em ºC-1,vale: A) 1,0.10-5 B) 3,0.10-5 C) 1,0.10-4 D) 3,0.10-4 E) 3,0.10-3 04) (UNIRIO) Um bloco de certo metal tem seu volume dilatado de 200cm3 para 206cm3, quanto sua temperatura aumenta de 20ºC para 520ºC. Se um fio deste mesmo metal, tendo 10cm de comprimento a 20ºC, for aquecido até a temperatura de 520ºC, então seu comprimento em centímetro passará a valer: A) 10,1 B) 10,2 C) 10,3 D) 10,6 E) 11,2 05) (UDESC) Um recipiente para líquidos com capacidade para 120 litros, é completamente cheio a uma temperatura de 10°C. Esse recipiente é levado para um local onde a temperatura é de 30°C. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido igual a 1,2 x 10-3 (°C)-1, e considerando desprezível a variação de volume do recipiente, a quantidade de líquido derramado em litros é: A) 0,024 B) 0,24 C) 2,88 D) 4,32 E) 5,76 06) (FEI) Um recipiente, cujo volume é de 1 000cm3, a 0°C, contém 980cm3 de um líquido à mesma temperatura. O conjunto é aquecido e, a partir de uma certa temperatura, o líquido começa a transbordar. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação cúbica do recipiente vale 2,0 . 10-5 °C-1 e o do líquido vale 1,0 . 10-3 °C-1, pode-se afirmar que a temperatura no início do transbordamento do líquido é, aproximadamente: A) 6,0°C B) 12°C C) 21°C D) 78°C E) 200°C 07) (MACKENZIE) A massa específica de um sólido é 10,00g . cm-3 a 100°C e 10,03g . cm-3 a 32ºF. O coeficiente de dilatação linear do sólido é igual a: A) 5,0 . 10-6 °C-1 B) 10 . 10-6 °C-1 C) 15 . 10-6 °C-1 D) 20 . 10-6 °C-1 E) 30 . 10-6 °C-1 08) (ITA) Um bulbo de vidro cujo coeficiente de dilatação linear é 3 x 10-6 °C-1 está ligado a um capilar do mesmo material. À temperatura de -10,0°C a área da secção do capilar é 3,0 x 10-4cm2 e todo o mercúrio, cujo coeficiente de dilatação volumétrico é 180 x 10-6 °C-1, ocupa o volume total do bulbo, que a esta temperatura é 0,500cm3. O comprimento da coluna de mercúrio a 90,0°C será: A) 270mm B) 257mm C) 285mm D) 300mm E) 540mm 09) (UNIRIO) Um industrial propôs construir termômetros comuns de vidro, para medir temperaturas ambientes entre 1°C e 40°C, substituindo o mercúrio por água destilada. Cristóvão, um físico, se opôs, justificando que as leituras no termômetro não seriam confiáveis, porque: A) a perda de calor por radiação é grande; B) o coeficiente de dilatação da água é constante no intervalo de 0°C a 100°C; C) o coeficiente de dilatação da água entre 0°C e 4°C é negativo; D) o calor específico do vidro é maior que o da água; E) há necessidade de um tubo capilar de altura aproximadamente 13 vezes maior do que o exigido pelo mercúrio. 10) (UPE) Uma barra de coeficiente de dilatação α = 5π x 10-4ºC-1, comprimento 2,0 m e temperatura inicial de 25 ºC está presa a uma parede por meio de um suporte de fixação S. A outra extremidade da barra B está posicionada no topo de um disco de raio R = 30 cm. Quando aumentamos lentamente a temperatura da barra até um valor final T, verificamos que o disco sofre um deslocamento angular Δθ = 30º no processo. Observe a figura a seguir: Supondo que o disco rola sem deslizar e desprezando os efeitos da temperatura sobre o suporte S e também sobre o disco, calcule o valor de T. A) 50 °C B) 75 °C C) 125 °C D) 300 °C E) 325 °C 11) (PUC-RJ) Uma porca está muito apertada no parafuso. O que você deve fazer para afrouxá-la? A) É indiferente esfriar ou esquentar a porca. B) Esfriar a porca. C) Esquentar a porca. D) É indiferente esfriar ou esquentar o parafuso. E) Esquentar o parafuso. 12) (Fuvest) Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura abaixo. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30 cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10 cm e, o da inferior, 2 cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25ºC, for aquecida a 225ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de
Use: O coeficiente de dilatação linear da barra é de 2 . 10–5 °C-1 A) 1 mm B) 3 mm C) 6mm D) 12mm E) 30mm 13) (Unimep-SP) Quando um frasco completamente cheio de líquido é aquecido, verifica-se um certo volume de líquido transbordado. Esse volume mede: A) a dilatação absoluta do líquido menos a do frasco B) a dilatação do frasco C) a dilatação absoluta do líquido D) a dilatação aparente do frasco E) a dilatação do frasco mais a do líquido 14) (U. Mackenzie–SP) Quando um recipiente totalmente preenchido com um líquido é aquecido, a parte que transborda representa sua dilatação __________ . A dilatação __________ do líquido é dada pela __________ da dilatação do frasco e da dilatação __________ . Com relação à dilatação dos líquidos, assinale a alternativa que, ordenadamente, preenche de modo correto as lacunas do texto acima. A) aparente — real — soma — aparente B) real — aparente — soma — real C) aparente — real — diferença — aparente D) real — aparente — diferença — aparente E) aparente — real — diferença — real 15) (ENEM) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. Destas considerações, somente: A) I é correta. B) II é correta. C) III é correta. D) I e II são corretas. E) II e III são corretas. 16) (UFTM) Uma garrafa aberta está quase cheia de um determinado líquido. Sabe-se que se esse líquido sofrer uma dilatação térmica correspondente a 3% de seu volume inicial, a garrafa ficará completamente cheia, sem que tenha havido transbordamento do líquido. Desconsiderando a dilatação térmica da garrafa e a vaporização do líquido, e sabendo que o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido é igual a 6.10-4 ºC-1, a maior variação de temperatura, em ºC, que o líquido pode sofrer, sem que haja transbordamento, é igual a A) 35. B) 45. C) 50. D) 30. E) 40. 17) (cftmg 2016) Para verificar se uma pessoa está febril, pode-se usar um termômetro clínico de uso doméstico que consiste em um líquido como o mercúrio colocado dentro de um tubo de vidro graduado, fechado em uma das extremidades e com uma escala indicando os valores de temperatura. Em seguida, coloca-se o termômetro debaixo da axila e aguardam-se alguns minutos para fazer a leitura. As afirmativas a seguir referem-se ao funcionamento do termômetro. I. A temperatura marcada no termômetro coincidirá com a temperatura de ebulição do mercúrio do dispositivo. II. A temperatura marcada na escala do termômetro está relacionada com a dilatação térmica do mercúrio. III. O tempo de espera citado acima refere-se ao tempo necessário para que se atinja o equilíbrio térmico entre o paciente e o termômetro. IV. Se a substância do mesmo termômetro for trocada por álcool, a temperatura indicada será a mesma. As afirmativas corretas são A) I e II. B) I e IV. C) II e III. D) III e IV. 18) (ifsul 2016) Analise cada uma das afirmativas abaixo, indicando, nos parênteses, se é verdadeira ou falsa, de acordo com o estudo da Calorimetria. ( ) A temperatura de 104oF corresponde a 40oC. ( ) A dilatação real de um líquido, quando aquecido, representa a dilatação do frasco mais a dilatação aparente do líquido. ( ) A transmissão de calor por convecção promove o movimento das camadas de um líquido ou de ar, sendo que as camadas frias sobem e as camadas quentes descem, devido à diferença de densidade entre elas. ( ) A mudança de fase ocorre sempre que, sob pressão constante, uma substância pura receba ou ceda calor, sem que ocorra variação de temperatura. ( ) A dilatação de uma certa massa de gás perfeito, que sofre uma transformação isobárica, faz com que um aumento de temperatura sobre esse gás provoque um aumento em seu volume. A sequência correta, de cima para baixo, é A) V - V - F - F - V. B) V - V - F - V - V. C) V - F - F - V - V. D) V - F - V - F - V. 19) (cps 2014) Quem viaja de carro ou de ônibus pode ver, ao longo das estradas, torres de transmissão de energia tais como as da figura. Olhando mais atentamente, é possível notar que os cabos são colocados arqueados ou, como se diz popularmente, “fazendo barriga”. A razão dessa disposição é quea) A) densidade dos cabos tende a diminuir com o passar dos anos. B) a condução da eletricidade em alta tensão é facilitada desse modo. C) o metal usado na fabricação dos cabos é impossível de ser esticado. D) os cabos, em dias mais frios, podem encolher sem derrubar as torres. E) os ventos fortes não são capazes de fazer os cabos, assim dispostos, balançarem. 20) (Epcar) No gráfico a seguir, está representado o comprimento L de duas barras A e B em função da temperatura θ. Sabendo-se que as retas que representam os comprimentos da barra A e da barra B são paralelas, pode-se afirmar que a razão entre o coeficiente de dilatação linear da barra A e o da barra B é A) 0,25. B) 0,50. C) 1,00. D) 2,00. 21) (Fuvest 2014) Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro, na temperatura ambiente, é fixada por uma de suas extremidades, como visto na figura abaixo. Nessa situação, a lâmina está plana e horizontal. A seguir, ela é aquecida por uma chama de gás. Após algum tempo de aquecimento, a forma assumida pela lâmina será mais adequadamente representada pela figura: Adote: o coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 1,2 x 10-5 °C-1. O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 1,8 x 10-5 °C-1 Após o aquecimento, a temperatura da lâmina é uniforme.
GABARITO: 01E – 02B – 03A – 04A – 05C – 06C – 07B – 08C – 09C – 10B – 11C – 12C – 13A – 14A – 15E – 16C - 17C – 18B – 19D – 20D. DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOSOs líquidos se dilatam obedecendo as mesmas leis de dilatação dos sólidos. Primeiramente devemos nos lembrar que os líquidos não têm forma própria, e sim a forma do recipiente aonde eles se encontram. Portanto precisamos do estudo da dilatação volumétrica, pois quando aquecemos um liquido, aquecemos também o recipiente no qual ele esta contido. Vamos entender melhor este processo. Imagine um liquido com coeficiente de dilatação volumétrica γL, que esteja contido em um recipiente de dilatação volumétrica γR, e inicialmente o volume ocupado pelo liquido seja de V0. Aquecendo o conjunto de forma que a temperatura varie Δθ, o liquido sofre uma dilatação volumétrica real igual a ΔVL, e o recipiente sofre uma dilatação volumétrica ΔVR. Essas variações podem ser escritas conforme: ΔVL = γL . V0 . Δθ * ΔVR = γR . V0 . Δθ ** Para relacionar essas duas relações, vamos admitir que elas ocorram em processos separados, ou seja, primeiro o líquido se dilata e posteriormente o recipiente. Com o líquido se dilatando primeiro temos um aumento do volume do mesmo no recipiente, que vamos chamar de ΔVL. Na fase em que o recipiente se dilata, o nível do líquido deve baixar, assim o aumento observado será chamado de dilatação volumétrica aparente (ΔVAp) e será dada como: ΔVAp = ΔVL - ΔVR *** Substituindo * e ** em ***: ΔVAp = γL . V0 . Δθ - γR . V0 . Δθ ΔVAp = (γL - γR) . V0 . Δθ DILATAÇÃO APARENTE Dilatação aparente - Como já mencionamos anteriormente, para aquecer um liquido, aquecemos também o recipiente onde o liquido esta contido. Assim ambos se dilatarão, e a capacidade do frasco também aumentará, portanto a dilatação que observaremos será a dilatação aparente. Deste modo, o coeficiente da dilatação aparente será a diferença entre o coeficiente de dilatação do liquido e o coeficiente de dilatação do recipiente: γAp = γL - γR Assim podemos concluir que a dilatação volumétrica aparente do líquido será dada por: ΔVAp = γAp . V0 . Δθ DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA A água possui um comportamento anômalo em sua dilatação. Observe o diagrama volume x temperatura a seguir, no qual e mostrado esse comportamento incomum da água. Assim como os corpos sólidos, os líquidos também têm seu volume aumentando ao ser aquecido (dilatação). Com isso, sua densidade diminui. No entanto, a água possui uma dilatação irregular. Por que isso ocorre? Existem outras substâncias que apresentam o mesmo comportamento? Existem outras substâncias que apresentam em determinadas faixas de temperatura um comportamento irregular em relação com a variação térmica; como por exemplo, o ferro. O que realmente ocorre com a água? Note que a 4°C o volume da água e mínimo e a sua densidade e máxima. Isto ocorre em virtude da formação das pontes de hidrogênio, abaixo de 4°C, quando as moléculas de H2O ficam maiores. Na faixa de 0°C a 4°C o volume da água (H2O) diminui porque pontes de hidrogênio são quebradas. Acima de 4°C, predomina o aumento das distâncias médias entre as moléculas, ou seja, dilatação térmica. O que esse comportamento irregular da água pode causar no nosso cotidiano? Com esse comportamento irregular da água, além de manter o clima mantém a vida nas regiões frias. Já pensou se a água não tivesse esse tipo de comportamento, a vida na terra já teria se extinguindo, se lembramos de que a terra já passou por vários períodos glaciais. Nos países frios essa característica é fundamental, pois a uma gama de animais que vivem nessas regiões e que sem essa característica da água, não teriam da onde tirar o seu alimento. Os diagramas abaixo ilustram o comportamento do volume e da densidade em função da temperatura. Então, a 4°C, tem-se o menor volume para a água e, consequentemente, a maior densidade da água no estado líquido. Observação: a densidade da água no estado sólido (gelo) é menor que a densidade da água no estado líquido.
EXERCÍCIOS resolvidos - DILATAÇÃO APARENTE DOS LÍQUIDOS01 (Enem) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques NÃO fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. Destas considerações, somente A) I é correta. B) II é correta C) III é correta D) I e II são corretas. E) II e III são corretas. Resolução: A densidade é a razão entre a massa e o volume. Um aumento de temperatura provoca um aumento de volume e consequentemente uma diminuição na densidade. Assim, a gasolina aquecida é menos densa que a gasolina fria. Ao comprar gasolina à uma temperatura mais baixa, teria mais massa por unidade de volume do que com temperatura mais alta. Alternativa: E 02) Um recipiente tem capacidade de 5000cm3 a 40°C e está completamente cheio de um determinado líquido. Ao aquecer o conjunto até 140°C, transbordam 70cm3. O coeficiente de dilatação aparente desse líquido, em relação ao material que constitui o recipiente, é, em °C – 1 , igual a A) 3,0 x 10– 5 B) 9,0 x 10– 5 C) 2,7 x 10– 4 D) 1,4 x 10– 4 Resolução: O volume extravasado corresponde à variação de volume aparente do líquido ΔVAP. Portanto, da dilatação volumétrica dos líquidos, temos: ΔVAP = V0 . γAP ΔT 70 = 5000 . γAP . (140 – 40) 70 = 500.000 . γAP γAP = 70 γAP = 1,4 x 10 – 4 °C - 1 Alternativa: E 03) O coeficiente de dilatação volumétrica do petróleo é de 0,9 x 10–3 °C-1 . Um recipiente, completamente cheio, contém três litros de petróleo e sofre uma variação de temperatura de 50°C. Sabendo que o volume extravasado de petróleo corresponde a 115 ml, determine a variação de volume do recipiente. A) 20 ml B) 40 ml C) 50 ml D) 60 ml E) 70 ml Resolução: O volume extravasado corresponde à variação de volume aparente do líquido ΔVAP. Portanto, da dilatação volumétrica dos líquidos e sabendo que 3 l = 3000 ml, temos: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC V0 . γ. ΔT = ΔVAP + ΔVREC 3000 . 0,9 x 10 – 3 . 50 = 115 + ΔVREC 135 = 115 + ΔVREC ΔVREC = 135 – 115 ΔVREC = 20 ml Alternativa: A 04) (MACKENZIE-SP) Quando um recipiente totalmente preenchido com um líquido é aquecido, a parte que transborda representa sua dilatação ________. A dilatação ________ do líquido é dada pela ______ da dilatação do frasco e da dilatação ________. Com relação à dilatação dos líquidos, assinale a alternativa que, ordenadamente, preenche de modo correto as lacunas do texto acima. A) aparente ___________ real ___________ soma ___________ aparente B) real ___________ aparente ___________ soma ___________ real C) aparente ___________ real ___________ diferença ___________ aparente D) real ___________ aparente ___________ diferença ___________ aparente E) aparente ___________ real ___________ diferença ___________ real Resolução: O volume extravasado corresponde à variação de volume aparente do líquido ΔVAP. Da dilatação dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC Alternativa: A 05) A respeito da dilatação irregular da água, marque o que for verdadeiro. A) Todos os líquidos, ao sofrerem variação de temperatura de 0 °C até 4 °C, diminuem seu volume. Somente a água faz o contrário. B) Quando a temperatura da água aumenta, entre 0 °C e 4 °C, seu volume diminui. C) Quando a água está a 4 °C, a sua densidade é a mínima possível. D) A dilatação irregular da água é percebida entre os intervalos de 0 °C a 4 °C e de 40 °C a 60 °C. Resolução: Quando a temperatura de um fluido aumenta, ele sofre aumento de volume. Todavia, a água, entre o intervalo de 0 °C e 4 °C, sofre diminuição de volume, sendo esse um comportamento anômalo. Alternativa: B 06) A respeito da dilatação dos líquidos e da dilatação irregular da água, marque o que for falso. A) No aquecimento da água entre 0°C e 4°C, ocorre aumento de volume. B) A 4°C, a água assume a sua maior densidade dentro do intervalo de 0°C a 4°C. C) A dilatação irregular da água ocorre somente em recipientes com coeficiente de dilatação que corresponda ao dobro do valor do coeficiente de dilatação da água. D) Pode-se considerar que, entre 0°C e 4°C, o coeficiente de dilatação da água é negativo. Resolução: A dilatação irregular da água ocorre independentemente do valor do coeficiente de dilatação do recipiente. Alternativa: C 07) Um recipiente de vidro comum, de coeficiente de dilatação linear igual a 9,0 x 10–6 °C–1, está completamente cheio de álcool etílico, de coeficiente de dilatação volumétrica igual a 0,75x10–3°C– . Após o conjunto sofrer uma variação de temperatura (ΔT), ocorre vazamento de líquido. Determine o valor aproximado do coeficiente de dilatação volumétrica aparente para o álcool etílico. A) 1,23 x 10-4°C- 1 B) 6,00 x 10-4°C-1 C) 6,23 x 10-4°C-1 D) 7,23 x 10-4°C-1 E) 2,23 x 10-4°C-1 Resolução: Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC. ΔVAP corresponde à variação de volume aparente do líquido e ΔVREC refere-se à variação de volume do recipiente. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC γ REAL= γ AP + γ REC 0,75 x 10 – 3 = γ AP + 27 x 10 – 6 Alternativa: D 08) (AFA) Um recipiente de vidro de 200ml de volume está completamente cheio de mercúrio, e ambos se encontram a 30°C. Se a temperatura do sistema líquido-recipiente sobe para 90°C, qual é o volume de mercúrio, em ml, que transborda do recipiente? Dados: γHg = 1,8 x 10–4 °C–1 γvidro = 3,0 x 10–5 °C–1 A) 1,8 B) 2,6 C) 5,0 D) 9,0 Resolução: Da dilatação volumétrica dos líquidos, sabemos que: ΔVREAL = ΔVAP + ΔVREC. Substituindo na equação de dilatação volumétrica, teremos: V0 . γHg. ΔT = V0 . γVIDRO. ΔT + ΔVAP 200 . 1,8 x 10 – 4 . (90 – 30) = 200 . 3,0 x 10 –5 . (90 – 30) + ΔVAP 2,16 = 0,36 + ΔVAP ΔVAP = 1,8 ml Alternativa: A 09) (AFA) Um recipiente tem capacidade de 3000cm3 a 20°C e está completamente cheio de um determinado líquido. Ao aquecer o conjunto até 120°C, transbordam 27cm3. O coeficiente de dilatação aparente desse líquido, em relação ao material de que é feito o recipiente, é, em °C–1, igual a: A) 3,0 x 10–5 B) 9,0 x 10–5 C) 2,7 x 10–4 D) 8,1 x 10–4 Resolução: O volume extravasado corresponde à variação de volume aparente do líquido ΔVAP. Portanto: ΔVAP = V0 . γAP ΔT 27 = 3000 . γAP . (120 – 20) 27 = 300.000 . γAP γAP = 27 γAP = 9,0 x 10 – 5 °C - 1 Alternativa: B (PESQUISA) Dilatação térmica: o que é, o que causa! A dilatação térmica é a variação das dimensões de um material, causada pela mudança de temperatura. Para compreender porque isso acontece, precisamos do conceito de temperatura. Sabemos que temperatura é a medida da agitação das moléculas. Ao aquecermos uma substância, aumentamos a agitação de suas moléculas, a qual causa um acréscimo no tamanho do objeto aquecido. Caso a resfriemos, acontece o processo inverso. Neste caso a agitação das moléculas diminui e o objeto contrai.
Dilatação Linear Dilatação Linear - Quando levamos em conta a dilatação em uma dimensão, variação de comprimento, largura ou altura. Ex: Dilatação de fios ou colunas de líquido. Dilatação Superficial Dilatação Superficial - Quando levamos em conta a dilatação em duas dimensões, variando assim a área. Ex: Dilatação de placas ou chapas de metal. Dilatação Volumétrica Dilatação Volumétrica - Quando levamos em conta a dilatação em 3 dimensões, ou seja, a variação de volume. Ex: Dilatação de gases, sólidos de volume consideravelmente grande, líquido em recipientes, etc. Equilíbrio térmico Ocorre quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, estes trocam trocar calor até que estejam na mesma temperatura. Nesse momento, dizemos que os corpos atingiram o equilíbrio térmico. Lembrando que o calor é a energia em transito e passa do corpo mais quente para o mais frio. A dilatação térmicas nas ferrovias A dilatação térmica também pode causar problemas. Ferrovias podem ser fortemente danificadas se não forem planejadas adequadamente. Os trilhos são feitos de metais que normalmente têm coeficiente de dilatação bem elevado, ou seja, com uma pequena variação de temperatura podem variar bastante seu volume. Neste caso, a oscilação da temperatura durante o dia podem entortá-los. Por isso as ferrovias são construídas com juntas de dilatação que, nesse caso, podem ser folgas planejadas para essas variações. Conclusão O estudo sobre a dilatação térmica trouxe varias possibilidades para a Ciência. A própria invenção do termômetro foi muito importante para a comprovação de diversas teorias. Esse conhecimento também nos acarretou melhorias nas grandes construções que encontramos nas cidades, aumentando a confiabilidade das estruturas e a prevenção de acidentes. Vale lembrar que quando um corpo cede (perde) calor ele sofre contração térmica. EXEMPLOS DE DILAÇÃO TÉRMICA DO DIA A DIA Existem inúmeras situações nas quais os fenômenos de dilatação térmica são influentes em nossas vidas. Na grande maioria delas, sequer percebemos essa importância, seja pelo desconhecimento, seja pelos pequenos valores em que essas dilatações acontecem. Vamos enumerar algumas delas: Exemplo 1: Ao colocarmos líquidos muito quentes em um copo de vidro, este pode rachar. Isso acontece porque o vidro, mal condutor de calor, se aquece mais rapidamente do lado de dentro do que do lado de fora. Desta forma, a parte interna do copo tende a dilatar mais rápido que a parte externa, causando uma tensão no vidro.
Exemplo 2: Em pontes, viadutos e entre trilhos de trem e metrô, existem pequenos espaços deixados entre as placas de concreto ou entre os trilhos de ferro. Isso é feito de forma intencional. Esses espaços são chamados de juntas de dilatação. Servem para permitir que esses materiais, aquecidos pela passagem dos automóveis, possam dilatar sem deformar ou ruir as estruturas. Exemplo 3: Em odontologia, os materiais utilizados para a realização de restaurações dentárias devem possuir coeficiente de dilatação muito próximo ao do esmalte dos dentes. Do contrário, ao serem aquecidas ou resfriadas durante a ingestão de algum alimento, as restaurações poderiam dilatar mais ou menos do que os dentes, danificando sua estrutura.
Exemplo 4: A água, graças às suas características moleculares, possui uma característica incomum. Ao resfriarmos uma porção de água, por exemplo, a partir de 10 °C, a água tem seu volume diminuído. Mas isso deixa de acontecer a partir de 4 °C, quando seu volume passa a aumentar. Esse fato é conhecido como dilatação anômala da água e tem uma consequência interessante: o fato de que lagos localizados em regiões muito frias congelam apenas em sua superfície. Isso acontece porque, quando resfriada abaixo até 4°C, o volume da água diminui, aumentando sua densidade e fazendo com que as porções de água fria desçam, dando espaço para as camadas de água mais quentes do fundo, que serão resfriadas também. Isso ocorre até que toda a água do lago atinja 4°C, pois, a partir dessa temperatura, quando resfriada, o volume da água aumenta, diminuindo sua densidade e encerrando o movimento das camadas superiores, que serão resfriadas até 0 °C, quando a superfície congela. TERMODINÂMICA É a parte da Física que estuda a transformação de energia térmica em trabalho. A utilização direta desses princípios em motores de combustão interna ou externa, faz dela uma importante teoria para os motores de carros, caminhões e tratores, nas turbinas com aplicação em aviões, etc. Usina Termoelétrica Maria Fumaça (usa a queima de carvão mineral) (usa a queima da Lenha) A lei de Joule (também conhecida como efeito Joule ou efeito térmico) - É uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. Um resistor é um dispositivo que transforma a energia elétrica integralmente em calor. Ou seja, efeito Joule é a transformação de energia térmica em trabalho. Máquina Térmica - São dispositivos que transforma calor em trabalho. Primeira lei da termodinâmica ou Princípio da conservação de energia - aplicado a sistemas termodinâmicos. O princípio da conservação da energia baseia-se no fato de que a energia não é criada e nem destruída, mas sim transformada de uma forma para outra. Segunda Lei da Termodinâmica – Existem várias fontes de energia na natureza tais com: energia nuclear, elétrica, mecânica, solar dentre outras, mas é possível transformá-las integralmente em calor. TRANSFORMAÇÃO GASOSA
Transformação Gasosa - No século XVII, vários cientistas realizaram experiências com o intuito de descobrir as particularidades das transformações gasosas. Dentre eles, podemos citar: Torriceli, Robert Boyle, Mariotte, Guericke, entre outros. Transformação Isotérmica ou Lei de Boyle-Mariotte - É a transformação na qual a temperatura T do gás se mantém constante, variando sua pressão p e seu volume V. Vale a seguinte relação: Transformação Isobárica ou Lei de Gay-Lussac - A transformação isobárica, como o nome diz, é uma transformação em que variam somente o volume e a temperatura de um gás, sendo a pressão mantida constante. Nesse caso o trabalho realizado pode ser expresso por: Observação: caso haja uma expansão (aumento de volume) o trabalho será positivo; em caso contrário, numa contração do gás, o trabalho será negativo. Transformação isocórica ou Isovolumétrica ou Lei de Charles – Ocorre a volume constante.
Observação: Gases Perfeitos - Segundo essa lei, uma massa de gás inicialmente definida pelas variáveis de estado (p1,V1 e T1), ao sofrer uma transformação gasosa, passa a ter as variáveis de estado (p2,V2 e T2) que caracterizam o estado final do gás. Essas variáveis obedecem à seguinte relação: ----------------------------------- Em resumo ----------------------------------------
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS - MÁQUINAS TÉRMICAS 01) (CEFET - PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: "É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho." Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que: A) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%; B) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente; C) calor e trabalho não são grandezas homogêneas; D) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria; E) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho. Resolução: Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte quente, converte uma parte desse calor em trabalho e rejeita outra parte para uma fonte fria. O calor nunca é convertido completamente em trabalho. Alternativa: D 02) (UNIVALI - SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente: A) 500 e 1 500 B) 700 e 1 300 C) 1 000 e 1 000 D) 1 200 e 800 E) 1 400 e 600 Resolução: Calculando o calor da fonte quente:
Por aproximação, podemos considerar a resposta como 1200 J. Calculando o trabalho: Alternativa: D 03) Uma máquina térmica cíclica recebe 5000 J de calor de uma fonte quente e realiza trabalho de 3500 J. Calcule o rendimento dessa máquina térmica. Resolução: O rendimento é dado pela razão entre o trabalho realizado e o calor recebido: N = T N = 3.500 N= 0,7 ou 70% 04) Uma máquina térmica recebe 800 J de calor de uma fonte quente, em uma temperatura de 400 K, e rejeita 300 J para uma fonte fria. Calcule a temperatura da fonte fria e o trabalho realizado pela máquina. Resolução: A temperatura da fonte fria: Q2 = T2 300 = T2 0,375 . 400 = T2 O trabalho realizado: T =
Q2 - Q1 05) (ENEM-MEC) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a: A) liberação de calor dentro do motor ser impossível. Resolução: A) Incorreto. É exatamente a liberação de calor, decorrente da queima do combustível dentro do motor, que faz o carro andar. Alternativa: C 06) (AFA) Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica, analise as proposições a seguir. I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia mecânica em energia térmica com consequente realização de trabalho. II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por Clausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um agente externo como é o caso do refrigerador. III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte quente. IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas. São corretas apenas Resolução: I– Incorreto. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em realização de trabalho. II- Correto. Espontâneo na natureza, sempre será de quem tem mais para quem tem menos. No caso da energia, o mais quente possui mais energia, logo o processo natural seria o calor passar para o corpo mais frio, caso contrário é preciso a realização de trabalho. III– Incorreto. Isso vai contra a 2° lei da termodinâmica. IV- Correto. A máquina ideal de Carnot é uma máquina que tem um funcionamento apenas teórico. Nenhuma máquina possui um rendimento maior que ela. Alternativa: D 07) (PUC-RS-010) Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma
máquina de Carnot e a razão T2/T1 das temperaturas em que opera a máquina. Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T2/T1 diminui, A) alcançando 100% quando T2vale 0ºC. Resolução: A segunda lei da Termodinâmica diz que nenhuma máquina térmica, consegue transformar integralmente calor em trabalho, logo o rendimento nunca pode chegar a 100%. O maior rendimento possível é igual ao da máquina de Carnot. Quando analisamos o gráfico, vemos que, para o rendimento ser de 100%, a razão T2/T1 teria que ser nula. P para isso T2=0 K, o que é impossível. Alternativa: E 08) Tem-se uma máquina térmica frigorífica que realiza, durante um ciclo completo, um trabalho de 4 . 104 J e cede, à fonte fria, 12 . 104 J. Com essas informações, calcule a eficiência da máquina térmica e marque a opção correta. A) 1 Resolução: A eficiência de uma máquina térmica é dada pela seguinte equação: Onde Q2 é o calor retirado da fonte fria e τ é o trabalho externo. Sendo assim, temos: Alternativa: B 09) Certa máquina térmica realiza por ciclo um trabalho de 3000 J e cede à uma fonte fria 3200 calorias. Com esses dados, determine, aproximadamente, o rendimento percentual e a eficiência dessa máquina térmica. (Adote 1 cal = 4,2 J). A) 45 % e 18 Resolução: O rendimento de uma máquina térmica é dado pela seguinte função: E a eficiência da máquina térmica é dada por: Com os dados do exercício podemos calcular o que se pede: Q2 = 3200 cal = (3200 x
4,2) = 13440 J Alternativa: D 10) Tem-se uma máquina térmica cujo rendimento é igual a 0,2. Supondo que essa mesma máquina absorva da fonte quente 104 J de calor, determine o trabalho realizado e o calor perdido para a fonte fria dessa máquina térmica. A) τ = 8000 J e
Q1= 2000 J Resolução: Primeiramente devemos retirar as informações dadas pelo exercício: η = 0,2 e Q1 = 104 J Agora podemos determinar o trabalho através da equação do rendimento da máquina térmica. Portanto, temos: Alternativa: E 11) Calcule o rendimento de uma máquina térmica que segue um ciclo descrito no diagrama, sabendo que ela absorve 4 . 104 J de calor por ciclo. A) 15
% Resolução: Q1 = 40000 J TESTES DE VESTIBULARES - TERMODINÂMICA Texto para as questões 01 e 02: Em uma transformação isotérmica, mantida a 127°C, o volume de certa quantidade de gás, inicialmente sob pressão de 2,0 atm, passa de 10 para 20 litros. Considere a constante dos gases R, igual a 0,082 atm.R/mol . K. 01) (UFBA) Tendo em vista a transformação gasosa acima descrita, assinale o que for correto: 01) O produto nR
varia entre 0,10atm . R/K e 0,050atm .R/K. 02) (UFBA) Tendo em vista a transformação gasosa acima descrita, assinale o que for correto: 01) Na transformação, a densidade do gás é diretamente proporcional à pressão. 03) (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das transformações: A) adiabática e isobárica. 04) (FEI) Numa transformação de um gás perfeito, os estados final e inicial acusaram a mesma energia interna. Certamente: A) a transformação foi cíclica. 05) Sobre um sistema, realiza-se um trabalho de 3000 J e, em resposta, ele fornece 1000cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo. A variação de energia interna do sistema, durante esse processo, é, aproximadamente: (considere 1,0 cal = 4,0J) A) –1000J 06) (CEFET – PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.” Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que: A) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%; 07) (UFPF – RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento desta máquina, em percentual, é de: A) 10 08) (EN – RJ) Um motor térmico recebe 1 200 calorias de uma fonte quente mantida a 227°C e transfere parte dessa energia para o meio ambiente a 24°C. Qual o trabalho máximo, em calorias, que se pode esperar desse motor? A) 487 09) (UNIVALI – SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. o calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente: A) 500 e 1 500 10) (UNAMA) Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa temperatura está a 7,0°C apresenta um rendimento de 30%. A variação de temperatura, em Kelvin, da fonte quente a fim de aumentarmos seu rendimento para 50%, será de: A) 400 GABARITO: 01 – 34 pontos (corretas 02 e 32) - 02 – 39 (corretas 01,02,04 e 32) - 03D – 04D – 05A – 06D – 07E – 08A – 09D – 10C - EXERCÍCIOS - TRANSFORMAÇÃO GASOSA 01) (Uneb-BA) Em condições tais que um gás se comporta como ideal, as variáveis de estado assumem os valores 300 K, 2,0 m3 e 4,0 x 104 Pa, num estado A. Sofrendo certa transformação, o sistema chega ao estado B, em que os valores são 450 K, 3,0 m3 e p. O valor de p, em Pa, é: A) 1,3 x 10 4 B) 2,7 x 10 4 C) 4,0 x 10 4 D) 6,0 x 10 4 E) 1,2 x 10 5 Resolução: No estado inicial (A), antes de sofrer a transformação, temos: TA = 300 K VA = 2,0 m3 PA = 4,0 x 10 4 Pa O gás sofreu uma transformação e suas variáveis de estado no estado final (B) passaram a ser: TB = 450 K VA = 3,0 m3 Pb = ? O exercício pede para calcularmos o valor da pressão, no estado final B, em pascal. Para isso, basta aplicarmos a Lei Geral dos Gases Perfeitos e substituirmos os valores: Alternativa: C 02) (PUC) Em um recipiente fechado, certa massa de gás ideal ocupa um volume de 12 litros a 293k. Se este gás for aquecido até 302k, sob pressão constante, seu volume será: A) 12,37 L B) 13,37 L C) 14,37 L D) 12 L E) 13 L Resolução: No estado inicial (1), o gás tem: V1 = 12 L T1 = 293 k Depois de aquecido, estado 2: T1 = 302 k V2 = ? O enunciado da questão dá uma informação muito importante, ele fala que o gás foi aquecido sob pressão constante, logo, trata-se de uma transformação isobárica e, dessa forma, para resolvermos o problema, basta aplicarmos a lei de Gay – Lussac: Alternativa: A 03) (UFSC) O pneu de um automóvel foi regulado de forma a manter uma pressão interna de 21 libras-força por polegada quadrada, a uma temperatura de 14 ºC. Durante o movimento do automóvel, no entanto, a temperatura do pneu elevou-se a 55 ºC. Determine a pressão interna correspondente, em libras-força por polegada quadrada, desprezando a variação de volume do pneu. Resolução: No estado inicial, que agora identificaremos por 1, as variáveis de estado eram: p1 = 21 libras-força por polegada quadrada T1 = 14 ºC No estado final, estado 2: T2 = 55 ºC p2 = ? O exercício pede para calcular a pressão em libras-força por polegada quadrada depois do aumento da temperatura, assim vamos calcular p2. O enunciado do exercício pede para desprezarmos a variação de volume, assim fica evidente que se trata de um exercício envolvendo uma transformação isovolumétrica. Para resolvermos o exercício, basta aplicarmos a equação da transformação isovolumétrica, também conhecida como Lei de Charles. Antes de aplicarmos a Lei de Charles, devemos transformar a temperatura que está em ºC para kelvin (K), que é a escala de temperatura absoluta. Transformando a temperatura de ºC para K: Tk = Tc + 273 Assim: (1): Tk = 14 + 273 = 287 k (2): Tk = 55 + 273 = 328 k Logo: T1 = 287 K T2 = 328 K Aplicando a Lei de Charles: Resposta: p2 = 24 04) O gráfico abaixo mostra a isoterma de uma quantidade de gás que é levado de um estado 1 para um estado 2. O volume do estado 2, em litros, é: A) 2 L B) 4,5 L C) 6 L D) 4 L E) 3 L Resolução: No estado 1, temos: P1 = 10 atm V1 = 2,0 L No estado 2: P2 = 5 atm V2 = ? Como temos o gráfico de uma isoterma, indica que o gás foi do estado 1 para o dois sem que houvesse uma variação de temperatura, assim sendo, trata-se de uma transformação isotérmica. Para resolvermos a questão, vamos aplicar a lei da transformação isotérmica, também conhecida como Lei de Boyle – Mariotte: Alternativa: B 05) (FUVEST – SP) Um recipiente indeformável, hermeticamente fechado, contém 10 litros de um gás perfeito a 30 ºC, suportando a pressão de 2 atmosferas. A temperatura do gás é aumentada até
atingir 60º C. Resolução: Letra: a Substituindo os valores fornecidos pelo problema na equação da transformação isocórica, temos: Assim, podemos concluir que a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais. Letra: b 06) (FAAP – SP) A 27º C, um gás ideal ocupa 500 cm3. Que volume ocupará a -73º C, sendo a transformação isobárica? Sabe-se que: T1 = 27º C = 300
K Da transformação isobárica temos que: Podemos concluir que, para a transformação isobárica, o volume e a temperatura são diretamente proporcionais. 07) (UNIMEP – SP) 15 litros de uma determinada massa gasosa encontram-se a uma pressão de 8,0 atm e à temperatura de 30º C. Ao sofrer uma expansão isotérmica, seu volume passa a 20 litros. Qual será a nova pressão do gás? Do enunciado temos: V1 = 15 litros Utilizando a equação da transformação isotérmica, temos: 08) (OSEC-SP) Um carro-tanque transportou gás cloro para uma estação de tratamento de água. Sabe-se que o volume do tanque que continha gás cloro era de 30 m3, que a temperatura era mantida a 20oC para a pressão ser de 2 atm e que, na estação de tratamento de água, esse cloro foi transferido para um reservatório de 50 m3 mantido a 293 K. Ao passar do carro-tanque para o reservatório, o gás sofreu uma transformação........e a pressão do reservatório era.............. As lacunas são completamente preenchidas, respectivamente, com os dados: A) isotérmica, 1,2 atm. B) isométrica, 117 atm. C) isobárica, 2 atm. D) isocórica, 2 atm. E) isovolumétrica, 1,2 atm. Resolução: Os dados fornecidos pelo exercício são: → Temperatura inicial (T1) = 20oC OBS.: Em exercícios de transformações gasosas, a temperatura deve ser sempre trabalhada na unidade Kelvin. Para tal, basta somar a temperatura em graus Celsius com 273. No caso dessa questão, a temperatura T1 é de 293 K. - Pressão inicial (P1) = 2 atm - Volume inicial (V1) = 30 m3 - Volume final (V2) = 50 m3 - Pressão final (P2) = ? - Temperatura final (T2) = 293 K Como a temperatura não sofreu alteração, temos uma transformação isotérmica (aquela que ocorre quando a temperatura é constante). A fórmula que deve ser utilizada é: P1.V1 = P2.V2 2.30 = P2.50 50P2 = 60 P2 = 60 P2 = 1,2 atm Alternativa: A 09) (INTEGRADO-RJ) O gráfico abaixo representa um processo cíclico (ciclo) a que é submetido um gás ideal: Analise-o. A opção em que aparece a correspondência das etapas numeradas (1 → 2 → 3 e 3 → 1), com suas respectivas denominações, é: A) Isobárica, Adiabática e Isotérmica; B) Isovolumétrica, Isobárica e Isotérmica; C) Isovolumétrica, Isotérmica e Isobárica; D) Isotérmica, Isobárica e Isovolumétrica; E) Isovolumétrica, Isobárica e Adiabática. Resolução: - A seta 2 para 3: Indica a parte da abscissa onde está a temperatura. Por essa razão, temos a representação de uma transformação isotérmica; - A seta 1 para 2: Indica a parte da ordenada onde está o volume. Por essa razão, temos a representação de uma transformação isocórica ou isovolumétrica; - A seta 3 para 1: Indica a variação da temperatura e do volume (são diretamente proporcionais), fato esse que está relacionado com uma situação em que a pressão é constante. Por essa razão, temos uma transformação isobárica. Alternativa: C 10) (PUC) Antes de realizar uma viagem de carro, em um dia cuja temperatura era de 30oC, um senhor calibrou os pneus utilizando 3 atm de pressão. Quando chegou ao destino, depois de 5 horas de viagem, mediu novamente a pressão dos pneus e constatou 3,4 atm de pressão. Sabendo que a variação de volume dos pneus é desprezível, marque a alternativa que indica a temperatura em que se encontravam os pneus: A) 70,4 oC B) 115,2 oC C) 125,1 oC D) 121,5 oC E) 152,1oC Resolução: O enunciado diz que o volume dos pneus é desprezível, por isso, temos uma transformação isovolumétrica (aquela em que não temos modificação do volume). Além disso, o enunciado fornece os seguintes dados: → Temperatura inicial (T1) = 30oC OBS.: Em exercícios de transformações gasosas, a temperatura deve ser sempre trabalhada na unidade Kelvin. Para tal, basta somar a temperatura em graus Celsius com 273. No caso desse exercício, a temperatura T1 é de 303 K. - Pressão inicial (P1) = 3 atm; - Pressão final (P2) = 3,4 atm; - Temperatura final (T2) = ? Como temos uma transformação isovolumétrica, a fórmula que será utilizada para determinar o valor da temperatura final é: P1 = P2 3 = 3,4 3.T2 = 303.3,4 T2 = 1030,2 T2 = 343,4 K Como as respostas estão em graus Celsius, devemos subtrair o valor encontrado por 273 para encontrar o valor de T2. T2 = 343,4 – 273 T2 = 70,4 oC. Alternativa: A 11) (FEI) Uma empresa pretende utilizar balões para realizar uma operação de publicidade em uma praia. Os balões foram preenchidos com uma pressão de 760 mmHg, a uma temperatura de 32 oC. Ao chegar à praia, a temperatura estava em 42oC, mas a pressão ainda era de 760 mmHg. Quantas vezes o volume dos balões foi alterado ao chegar à praia? A) 1,3 B) m3 C) 3,01 D) 1,03 E) 0,331 Resolução: Os dados fornecidos pelo exercício são: → Temperatura inicial (T1) = 32oC OBS.: Em exercícios de transformações gasosas, a temperatura deve ser sempre trabalhada na unidade Kelvin. Para tal, basta somar a temperatura em graus Celsius com 273. No caso desse exercício, a temperatura T1 é de 305 K. - Pressão inicial (P1) = 760 mmHg - Volume inicial (V1) = x? - Volume final (V2) = y? - Pressão final (P2) = 760 mmHg - Temperatura final (T2) = 42 oC OBS.: Somando a temperatura em graus Celsius com 273, a temperatura T2é de 315 K. Como a pressão não não sofreu alteração, temos uma transformação isobárica (aquela que ocorre quando a pressão é constante). A fórmula que deve ser utilizada é: V1 = V2 x = y 305.y = 315.x Obs.: Como o exercício questiona quantas vezes o volume dos balões foi alterado (final), devemos isolar o valor de y na fórmula: y = 315x y = 1,03 x Alternativa: D MÁQUINAS TÉRMICA Teorema de Carnot - O físico e engenheiro militar Nicolas Léonard Sadi Carnot no ano de 1824. Ele pode ser representado por uma seqüência de transformações gasosas onde uma máquina térmica tem o seu rendimento máximo operando em ciclos, diante de duas fontes térmicas. Carnot mostrou que quanto maior a temperatura da fonte quente, maior seria seu rendimento para uma substância que se comportasse como um gás ideal. O ciclo de Carnot é constituído de duas transformações isotérmicas: uma para a temperatura T1 da fonte quente onde ocorre o processo de expansão e a outra temperatura T2 referente a fonte fria onde ocorre o processo de compressão. Cada uma dessas transformações é intercalada com duas transformações adiabáticas.
Rendimento de uma máquina térmica
Na máquina térmica frigorífica, a intenção é utilizar uma fonte de energia mecânica externa, por exemplo, um motor elétrico, para transferir calor de uma fonte de menor temperatura para uma de maior temperatura. QUESTÕES DE VESTIBULAR / ENEM 01) (ENEM) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. Ilustração dos componentes necessários para o funcionamento da geladeira Disponível em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado). Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira, A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. B) o calor flui de forma não espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. Resolução Quando colocamos em contato dois corpos com temperaturas diferentes, a tendência é de que o calor transfira-se naturalmente do corpo mais quente para o corpo mais frio. Porém, para que uma geladeira funcione, deve ocorrer o processo contrário: o calor deve fluir de seu interior para seu exterior, ou seja, fluir de um local frio para um local quente. Esse processo não ocorre de forma espontânea. Na geladeira, essa é a função do compressor. Alternativa: B 02) (Enem) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso quer dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes da A) liberação de calor dentro do motor ser impossível. B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. Resolução Em uma máquina térmica, como o motor de combustão interna, é impossível a conversão integral de calor em trabalho, pois, no processo de conversão de energia, ocorrem perdas, que podem ser oriundas, por exemplo, do atrito entre as peças do motor por falta de lubrificação ou de perdas de calor por radiação e convecção para o meio externo. Alternativa: C GASES NOBRES ou "GASES RAROS" Os gases nobres, também chamados de "gases raros", compõem os elementos do grupo 18 (família 8A) da tabela periódica. A principal característica dos gases nobres é a dificuldade que eles possuem de se combinar com outros átomos. Quais são os Gases Nobres? - São 7 os gases nobres: - hélio (He) - neônio (Ne) - argônio (Ar) - criptônio (Kr) - xenônio (Xe) - radônio (Rn) - ununóctio (Uuo) Características dos Gases Nobres - Possuem baixa reatividade (consiste na tendência que uma reação química tem em acontecer). - Apresentam fraca atração interatômica (força entre dois átomos ou moléculas em função da distância entre eles.). - Possuem baixo ponto de fusão e ebulição (Entende-se por ponto de fusão a temperatura em que uma substância passa do estado sólido passa o estado líquido, e por ponto de ebulição a temperatura em que uma substância líquida passa para o estado gasoso, à determinada pressão.) - Estabilidade atômica, isto é, não precisam associar-se a outro elemento para ficar estável. (é um fenômeno que ocorre quando um átomo livre na natureza consegue ter a estabilidade eletrônica de um gás nobre. Isso se dá quando o átomo em questão completa a sua última camada (camada de valência) com 8 elétrons (ou 2 elétrons, como é o caso do hidrogênio, que se iguala ao hélio). - Elevada energia de ionização (Energia de Ionização, também denominada de Potencial de ionização, corresponde à energia mínima necessária para retirar um elétron de um átomo ou íon no estado gasoso. O átomo ou íon só perderá elétrons se ele receber energia suficiente, que é a energia de ionização.) - Difundem-se facilmente por meio do vidro e da borracha. - Estabilidade atômica (inércia química) isto é os átomos de gases nobres são denominados estáveis por não apresentarem a necessidade de associar-se a outro átomo de um elemento diferente, ou seja, os gases nobres dificilmente formam substâncias químicas compostas. Isso acontece apenas em condições laboratoriais específicas. Ocorrência na natureza e utilização: Estado físico - Em condições naturais de temperatura e pressão, ou seja, a 25 oC e 1 atm, os elementos da família VIII A somente são encontrados no estado físico gasoso, pois apresentam um baixo ponto de ebulição. Os gases nobres são encontrados na natureza na forma de gases monoatômicos. O gás nobre Hélio é formado na crosta terrestre a partir de Urânio e Tório, e o gás nobre Radônio é originado na crosta terrestre a partir de Rádio e Tório, sempre por meio do processo de decaimento radioativo. Os gases nobres, de uma forma geral, estão presentes na atmosfera terrestre. A quantidade de cada um deles na atmosfera não é grande, pois, de todos os gases que compõem a atmosfera terrestre, eles constituem apenas 0,91%. O mais comum é o gás argônio. A utilização desses gases monoatômicos pelo ser humano engloba diversos ramos de atividades, a saber: Hélio - cilindro utilizado por mergulhadores e em balões e dirigíveis. Neônio - Utilizado em válvulas estabilizadoras de tensão e anúncios luminosos. Argônio - Utilizado em atmosferas inertes para realização de fusão de materiais; utilizado também na solda de metais. Criptônio - Ainda não é utilizado em nenhuma atividade humana importante; Xenônio - Utilizado em iluminação pública e na produção de flashes eletrônicos. Radônio - É utilizado para a determinação da idade geológica de algumas rochas. (PESQUISA) GASES NOBRES, INERTES ou RAROS(família, grupo ou coluna 18 da T.P. ou T.Q.):HÉLIO: O Hélio (He),
tem massa atômica (A) = 4 u, número atômico (Z) = 2 (2 prótons). É considerado um gás nobre por não se misturar com outros elementos, ou seja, é apático a se envolver em reações químicas. Podemos apelidar este gás de "esnobe", pois, mesmo na presença de outros átomos, age com indiferença e não reage para originar novos compostos. Esta é uma propriedade de todos os outros gases do grupo 18 da Tabela Periódica (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn e Uuo) que possuem nível de energia completo, apresentando as características de um gás nobre, ou seja, é inerte (não reage) como os demais elementos como dissemos em aula recentemente. Propriedades físicas do Hélio: é um gás monoatômico, incolor e inodoro. O Hélioequivale ao 2° elemento químico mais abundante no universo e só perde para oHidrogênio, é encontrado em 20% da matéria das estrelas, mas na atmosfera terrestre a quantidade é mínima. Existe Hélio na Lua (observado em 2012 pela sonda Lunar Reconnaissance Orbiter [LRO]). Existem depósitos naturais de Hélio nos EUA,
Rússia e Argélia, onde é possível obter quantidades significativas deste gás. Encontra-se amostras do gás Hélio em águas minerais e erupções vulcânicas. Aplicações do Hélio: é usado para encher bolas de aniversário, balões e dirigíveis (por ser um o gás menos inflamável). É aplicado como líquido refrigerante de materiais supercondutores, é um meio que se tem para refrigerar reatores atômicos e como gás de equipamentos para mergulhos de grande profundidade.
Gás raro presente na luz roxa("luz negra") das lâmpadas fluorescentes (foto ao lado). Do grego “Néons”= "novo". Os Gases Nobres receberam esta denominação, por uma questão de afinidade, neste aspecto, o comportamento pode ser comparado ao do ser humano: quando você não se simpatiza com uma pessoa, fica indiferente a ela, não quer se juntar e procura esquivar-se. É exatamente assim que o gás Neônio (Ne) se comporta em relação aos outros elementos da T.P. ou T.Q., não interage com nenhum outro, como eu já havia dito em aula para você, isto acontece com todos os integrantes da família dos Gases Nobres, Raros ou Inertes, ou seja, não reagem quimicamente com os demais membros da tabela periódica. Descoberto em 1898 por Willian Ramsay e Morris W. Travers. Observação: o Neônio ao ser atravessado por uma corrente elétrica sob baixa pressão, emite uma luz brilhante com tom de roxo, que dá luz as conhecidas lâmpadas fluorescentes. Os letreiros luminosos (luzes de Néon) usados para anúncios e propagandas, existem graças ao Neônio. O número atômico (Z) do Neônio é 10 (10 prótons), seu peso atômico é: 20,183 uma (u), sendo considerado o 2° gás nobre mais leve. Obtem-se Neônio, separado-o durante a destilação fracionada do ar líquido. Aplicações do Neônio: - Pequenas lâmpadas de sinalização usadas em aparelhos eletrônicos contêm Neônioem sua composição. - Nos
sensores ultra-sensíveis de infravermelho, o Neônio é usado na forma líquida. Como funciona a "Luz Negra"? Os marca textos comuns (foto acima) funcionam bem como "canetas de luz negra". Sob a luz negra, a tinta fluorescente brilha. Uma das primeiras coisas que as pessoas observam quando se acende uma luz negra é que algumas peças de suas roupas brilham, isso por que a maioria dos sabões em pó contém Fósforo para "fazer o branco parecer mais branco" à luz do Sol. A luz solar contém luz UV que faz o branco brilhar "mais claro do que o branco". As roupas escuras não brilham porque os pigmentos escuros absorvem a luz UV. Além de fazer as pessoas e os cartazes fluorescentes parecerem mais interessantes, aluz negra tem aplicações práticas. Por exemplo: - Avaliadores a utilizam para detectar falsificações de antiguidades e artes. As tintas atuais contém fosforosos (materiais com Fósforo) que brilham sob a luz negra, enquanto que a maioria das tintas antigas não; - Técnicos em reparos a utilizam para encontrar vazamentos invisíveis em maquinários, injetando um pouco de corante fluorescente no combustível que supre a máquina, iluminando-o com luz negra. Detectar, por exemplo, um vazamento invisível no ar condicionado acrescentando corante fluorescente ao líquido refrigerante; - Policiais podem usá-la para identificar dinheiro, passaporte ou documentos falsificados. Nos EUA e muitos outros países incluem uma tira fluorescente invisível dentro das notas de maior valor, que aparece somente sob luz negra; - Parques de diversão e clubes a utilizam para identificar carimbos fluorescentes invisíveis nas mãos, que permitem o reingresso; - Os cientistas forenses a usam para analisar cenas de crimes. Para colher impressões digitais, por exemplo, eles geralmente espalham corante fluorescente sob a luz negra. Isso facilita separar as impressões digitais da sujeira ao redor. A luz negra também identifica o sêmen e outros - Fluidos corporais que fluorescem naturalmente. ARGÔNIO: Gás inerte que protege os filamentos de lâmpadas. Do grego “Árgon”= "preguiçoso" // "inativo". Argônio é o gás nobre mais abundante em nosso planeta. A maior
quantidade de gás Argônio que se encontra na mistura gasosa do ar atmosférico, constitui 0,93% do volume do ar que respiramos. Propriedades periódicas do Argônio: símbolo Ar, número atômico (Z) = 18 (18 prótons), massa atômica (A) = 40 u, se encontra na forma gasosa em temperatura ambiente. Descoberto em 1884 por William Ramsay e Walter Rayleigh. Aplicações do Argônio: tem vasta utilização na conservação de materiais oxidáveis, isto se explica pela propriedade inerte deste gás. Veja onde pode ser empregado: - Devido a sua pouca reatividade, o Argônio é aplicado em peças de museus para uma melhor conservação das relíquias. - Aplicado em lâmpadas incandescentes para evitar a corrosão do filamento deTungstênio (W) presente neste tipo de lâmpada (veja foto acima). - Nas soldas, evita oxidação, protegendo-as das substâncias ativas do ar. Esta é a chamada soldagem especial com atmosfera protetora. - Ainda usado para inflar airbags de automóveis. - Lasers a base de Argônio são aplicados na medicina em cirurgias dos olhos. CRIPTÔNIO: Seu nome vem do grego "Kryptos" = "oculto" ou "escondido", não é difícil saber o porquê desta nomenclatura para o Criptônio, já que é um gás raro na atmosfera terrestre, da ordem de 1 ppm(partes por milhão). As regiões onde pode se encontrar Criptônio são as que contem vulcões, lá o elemento pode ser extraído dos gases vulcânicos e das águas termais. O método usado para esta extração é a destilação fracionada. Estudos recentes revelaram a presença de 0,3 ppm de Criptônio na atmosfera do planeta Marte ("deus da guerra"). Descoberto em 1898 por Willian Ramsay e Morris W. Travers. Seu símbolo é o Kr e possui número atômico (Z) = 36 (36 prótons) e massa atômica (A) = 83,8 u, e se encontra inserido na T.P. na família 18 (Gases Nobres). Junto com os gases Neônio e Argônio, constituem componentes na fabricação de lâmpadas incandescentes e fluorescentes. Em lâmpadas fluorescentes tubulares (como as de sua sala de aula). A potencialidade de iluminação dada por estes gases nobres vai mais além, os sistemas de iluminação de aeroportos utilizam a mistura destes gases para obter uma luz vermelha, cujo alcance é bem maior que das lâmpadas comuns. Este tipo de iluminação é usada também no cinema, presente nos projetores cinematográficos e, ainda, na forma de flash fotográfico para fotografar em altíssima velocidade. Para exemplificar a eficiência da energia oferecida por este gás nobre, o laser deCriptônio é usado na medicina para cirurgia da retina dos olhos. XENÔNIO: O elemento químico Xenônio de símbolo Xe e de número atômico (Z) = 54 (54 prótons) possui massa atômica (A) = a 131,3 u e consiste num gás à temperatura ambiente, pertencente à família dos G.N. da T.P. ou T.Q. (coluna 18). O Xenônio é um gás inodoro, de peso elevado e incolor. Descoberto em 1898 por William Ramsay e Morris W. Travers. Aplicações do Xenônio: O gás nobre Xenônio possui diversas utilizações que vão da medicina até a propulsão de foguetes. Mas as aplicações são limitadas devido ao seu elevado custo e reduzida abundância (gás raro), confira: - Xenônio pode ser usado como anestésico em anestesia geral. - Submetido a acelerador de partículas, o elemento dá origem a íons de Xenônio usados na projeção de foguetes espaciais. - Usado em dispositivos emissores de luz, como tubos eletrônicos e em lâmpadas ultravioletas (aquelas de bronzeamento artificial = foto ao lado). - Uma aplicação recente de Xenônio é na obtenção dos displays de plasma para os televisores anteriores a geração "LED". - Em locais que se deseja uma visão noturna satisfatória é aconselhável o uso de lâmpadas de alta energia à base da luz ultravioleta, esta é obtida a partir do Xenônio presente também em lâmpadas especiais para aviação e projeções cinematográficas (lâmpadas de cinema). - Lâmpadas especiais para flashes fotográficos e até mesmo para destruição de bactérias (lâmpadas bactericidas) contam com a presença deste gás nobre em sua composição. - Outra recente aplicação do Xenônio, está nos faróis de veículos, com a vantagem de iluminar 3 vezes mais e ainda consomem 40% menos de bateria elétrica do que os faróis comuns. Do Hélio até o Xenônio temos a seguinte foto que ilustra a intensidade de brilho/luz: RADÔNIO: O Radônio é um elemento químico de símbolo Rn, de número atômico (Z) = 86 (86 prótons), com massa atômica (A) de aproximadamente 222 u, pertencente à família dos G.N. no grupo 18 da T.P. (ou T. Q.). Descoberto em 1899 por E. Dorn e N. E. Rutherford. Características físicas do Radônio: em temperatura ambiente é um gás incolor, mas quando submetido ao resfriamento abaixo do ponto de solidificação, passa a exibir uma fosforescência brilhante de tom amarelado quando está com a temperatura reduzida e vermelha alaranjada quando começa a atingir o estado de ar liquefeito. Pode acumular-se em porões, adegas e lugares com pouca ventilação, assumindo propriedades radioativas e até causar algumas formas de câncer. Aplicações do Radônio: é usado na radioterapia e na composição de cápsulas para aplicação em pacientes com câncer. Para esta última finalidade o gás é obtido a partir do
elemento químico radioativo: Rádio (Ra). UNUNÓCTIO: Uma curiosidade de ficção: no universo ficcional de Star Trek: The Next Generation, o episódio Rascals descreveu uma “tabela trans-periódica” contendo o elemento de número 118, denominado "Accurentum". Fonte: http://excite-friburgo.blogspot.com.br/2011/05/gases-nobres-inertes-ou-raros-coluna-18.html Acessado em: 25/04/2017 QUESTÕES DE VESTIBULAR 01) (OSEC-SP) Um carro-tanque transportou gás cloro para uma estação de tratamento de água. Sabe-se que o volume do tanque que continha gás cloro era de 30 m3, que a temperatura era mantida a 20oC para a pressão ser de 2 atm e que, na estação de tratamento de água, esse cloro foi transferido para um reservatório de 50 m3 mantido a 293 K. Ao passar do carro-tanque para o reservatório, o gás sofreu uma transformação........e a pressão do reservatório era.............. As lacunas são completamente preenchidas, respectivamente, com os dados: A) isotérmica, 1,2 atm. B) isométrica, 117 atm. C) isobárica, 2 atm. D) isocórica, 2 atm. E) isovolumétrica, 1,2 atm. 02) (INTEGRADO-RJ) O gráfico abaixo representa um processo cíclico (ciclo) a que é submetido um gás ideal: Analise-o. A opção em que aparece a correspondência das etapas numeradas (1 → 2 → 3 e 3 → 1), com suas respectivas denominações, é: A) Isobárica, Adiabática e Isotérmica; B) Isovolumétrica, Isobárica e Isotérmica; C) Isovolumétrica, Isotérmica e Isobárica; D) Isotérmica, Isobárica e Isovolumétrica; E) Isovolumétrica, Isobárica e Adiabática. 03) (Uneb-BA) Em condições tais que um gás se comporta como ideal, as variáveis de estado assumem os valores 300 K, 2,0 m3 e 4,0 x 10 4 Pa, num estado A. Sofrendo certa transformação, o sistema chega ao estado B, em que os valores são 450 K, 3,0 m3 e p. O valor de p, em Pa, é: A) 1,3 x 104 B) 2,7 x 104 C) 4,0 x 104 D) 6,0 x 104 E) 1,2 x 105 04) O gráfico abaixo mostra a isoterma de uma quantidade de gás que é levado de um estado 1 para um estado 2. O volume do estado 2, em litros, é:
A) 2 L B) 4,5 L C) 6 L D) 4 L E) 3 L 05) (UEBA-BA) Um balão-propaganda cheio de gás hélio, ao nível do mar, ocupa um volume de 250 L. Observação: admitindo-se que a temperatura tenha se mantido constante. Seu volume após lançamento, numa altitude de 3000 m será: A) menor, pois a pressão externa aumenta com a altitude. B) maior, pois a pressão externa diminui com a altitude. C) permanecerá constante, pois a pressão não varia com a altitude. D) permanecerá constante, pois a temperatura se manteve constante. E) maior, pois a pressão externa aumenta com a altitude. 06) (PUC-BA) Duas amostras de igual massa de um mesmo gás foram submetidas ao seguinte teste, à temperatura constante: os dados obtidos para a pressão e volume das amostras comprovam a lei de: A) Boyle B) Gay-Lussac C) Avogadro D) Proust E) Lavoisier 07) (PUC-MG) A figura ao lado representa um gás contido em um cilindro cuja parte superior é vedada por um êmbolo que pode deslizar, sem atrito, para cima e para baixo, ao longo das paredes do cilindro.
Sobre o êmbolo está um objeto de massa constante. Se esse sistema for aquecido lentamente, a transformação a que ele será submetido é: A) adiabática B) isobárica C) isotérmica D) isocórica E) isostática 08) (UFAC-AC) Considere o gráfico a seguir:
O gráfico acima representa um comportamento típico de um gás submetido à lei de Boyle – Mariotte (P.V=K). Com relação à curva, pode-se afirmar que: A) É uma isocórica e o valor de K é igual a 2,0 B) É uma isoterma e o valor de K é igual a 12,0 C) É uma isocórica e o valor de K é igual a 12,0 D) É uma isoterma e o valor de K é igual a 2,0 E) É uma isobárica e o valor de K é igual a 2,0 09) (CESGRANRIO-RJ) Você brincou de encher, com ar, um balão de gás, na beira da praia, até um volume de 1 L e o fechou.
Em seguida, subiu uma encosta próxima carregando o balão, até uma altitude de 900m, onde a pressão atmosférica é 10% menor que a pressão ao nível do mar. Considerando que a temperatura na praia e na encosta seja mesma, o volume de ar no balão após a subida, será de: A) 0,8 l B) 0,9 L C) 1,0 L D) 1,1 L E) 1,2 L 10) (PUC-MG) Um balão de aniversário, cheio de gás Hélio, solta-se da mão de uma criança, subindo até grandes altitudes. Durante a subida, é CORRETO afirmar: A) O volume do balão diminui. B) A pressão do gás no interior do balão aumenta. C) O volume do balão aumenta. D) O volume do balão permanece constante. 11) (FMTM-MG) Nas lições iniciais de um curso de mergulho com equipamento autônomo – cilindro de ar comprimido – os alunos são instruídos a voltarem lentamente à superfície, sem prender sua respiração em hipótese alguma, a fim de permitir que ocorra a gradativa descompressão. O aprisionamento do ar nos pulmões pode ser fatal para o mergulhador durante a subida, pois, nesse caso, a transformação sofrida pelo ar nos pulmões é A) isobárica, com redução do volume do ar. B) isobárica, com aumento da temperatura do ar. C) isotérmica, com aumento da pressão do ar. D) isotérmica, com aumento do volume do ar. E) isovolumétrica, com diminuição da pressão do ar 12) (UNIFENAS-MG) Um mol de um gás ideal é submetido a uma transformação de estado cíclico, como mostra o gráfico a seguir:
Pode-se afirmar que as transformações A, B e C, são, respectivamente: A) isovolumétrica, isotérmica, isovolumétrica B) isobárica, isotérmica, isovolumétrica C) isovolumétrica, isotérmica, isobárica D) isotérmica, isobárica, isovolumétrica E) isovolumétrica, isobárica, isotérmica 13) (FUVEST-SP) Uma bola de futebol impermeável e murcha é colocada sob uma campânula, num ambiente hermeticamente
fechado. A seguir, extrai-se lentamente o ar da campânula até que a bola acabe por readquirir sua forma esférica. Ao longo do processo, a temperatura é mantida constante. Ao final do processo, tratando-se o ar como um gás perfeito, podemos afirmar que: A) a pressão do ar dentro da bola diminuiu. B) a pressão do ar dentro da bola aumentou. C) a pressão do ar dentro da bola não mudou. D) a densidade do ar dentro da bola aumentou. 14) (UFA-MG) Nos manuais de automóveis, na seção que trata da calibragem dos pneus, junto à pressão recomendada, encontramos a seguinte instrução: “os pneus devem ser calibrados enquanto frios”. Qual o motivo da recomendação? A) Se calibrarmos os pneus quentes com a pressão recomendada, ao esfriarem a pressão cairá a valores mais baixos que o recomendado. B) Se calibrarmos os pneus quentes com ar à temperatura ambiente, podemos provocar rachaduras nas rodas. C) Se calibrarmos os pneus ainda quentes, podemos levar a vazamentos de ar, porque a borracha estará dilatada. D) Se calibrarmos os pneus quentes com a pressão recomendada, quando os pneus esfriarem a pressão ficará muito acima da recomendada, por causa da contração da borracha. E) Se calibrarmos os pneus a frio, gastaremos menos ar para enchê-los. 15) (UFPB-PB) Antes de iniciar uma viagem, um motorista cuidadoso calibra os pneus de seu carro, que estão à temperatura ambiente de 27°C, com uma pressão de 30 lb/pol2. Ao final da viagem, para determinar a temperatura dos pneus, o motorista mede a pressão dos mesmos e descobre que esta aumentou para 32 lb/pol2. Se o volume dos pneus permanece inalterado e se o gás no interior é ideal, o motorista determinou a temperatura dos pneus como sendo: A) 17ºC B) 27ºC C) 37ºC D) 47ºC E) 57ºC 16) (FUVEST) O gasômetro G, utilizado para o armazenamento de ar, é um recipiente cilíndrico, metálico, com paredes laterais de pequena espessura. G é fechado na sua parte superior, aberto na inferior que permanece imersa em água e pode se mover na direção vertical. G contém ar, inicialmente à temperatura de 300K e o nível da água no seu interior se encontra 2,0m abaixo do nível externo da água. Nessas condições, a tampa de G está 9,0m acima do nível externo da água como mostra a figura a seguir. Aquecendo-se o gás, o sistema se estabiliza numa nova altura de equilíbrio, com a tampa superior a uma altura H, em relação ao nível externo da água, e com a temperatura do gás a 360K. Supondo que o ar se comporte como um gás ideal, a nova altura H será, aproximadamente, igual a: A) 8,8m B) 9,0m C) 10,8m D) 11,2m E) 13,2m 17) (Inatel-MG) Um recipiente cilíndrico tem seu volume V dividido em duas partes por uma membrana rígida.
Em uma das partes tem-se gás ideal à pressão P e temperatura T. Admita que essa parte tenha 1/3 do volume do cilindro. Na outra parte fez-se o vácuo. As paredes do cilindro não permitem que o gás troque calor com o meio externo. A membrana é removida sem que haja troca de calor. Depois que o gás entra em equilíbrio, a pressão e temperatura são, respectivamente: A) 3P e T/2 B) P/3 e T C) P/ 3 e T/3 D) P e 3T E) P e T 18) (FUVEST-SP) A figura mostra uma bomba de encher pneu de bicicleta. Quando o êmbolo está todo puxado, a uma distância de 30cm da base, a pressão dentro da bomba é igual à pressão atmosférica normal. A área da seção transversal do pistão da bomba é de 24cm2. Um ciclista quer encher ainda mais o pneu da bicicleta que tem volume de 2,4 litros e já está com uma pressão interna de 3atm. Ele empurra o êmbolo da bomba até o final de seu curso. Suponha que o volume do pneu permaneça constante, que o processo possa ser considerado isotérmico e que o volume do tubo que liga a bomba ao pneu seja desprezível. A pressão final do pneu será, então, de aproximadamente: A) 1,0 atm B) 3,0 atm C) 3,3 atm D) 3,9 atm E) 4,0 atm 19) (MACKENZIE-SP) Uma massa de certo gás ideal está confinada em um reservatório, cuja dilatação térmica é desprezível no intervalo de temperatura considerado. Esse reservatório possui na parte superior, um êmbolo que pode se deslocar livremente, conforme ilustra a figura. Observando-se o gráfico a seguir, destaca-se que, no estado A, o volume ocupado pelo gás é V e a sua pressão é P. Em seguida, esse gás passa por duas transformações sucessivas e “chega” ao estado C, com temperatura e pressão, respectivamente iguais a: A) 450 K e 3P/2 B) 450 K e 4P/3 C) 600 K e 3P/2 D) 600 K e 4P/3 E) 600 K e 5P/3 20) (FGV-SP) Para garantir a dosagem precisa, um medicamento pediátrico é acompanhado de uma seringa. Depois de destampado o frasco de vidro que contém o remédio, a seringa é nele encaixada com seu êmbolo completamente recolhido. Em seguida, o frasco é posicionado de cabeça para baixo e o remédio é então sugado para o interior da seringa, enquanto o êmbolo é puxado para baixo. Como consequência da retirada do líquido, o ar que já se encontrava dentro do frasco, expande-se isotermicamente, preenchendo o volume antes ocupado pelo remédio. Ao retirar-se uma dose de 40 mL de líquido do frasco, que continha um volume ocupado pelo ar de 100 mL, o êmbolo encontra certa resistência, devido ao fato de a pressão no interior do frasco ter se tornado, aproximadamente, em Pa, Dados: Pressão atmosférica = 1,0×105 Pa — Suponha que o ar dentro do frasco se comporte como um gás ideal — Considere desprezível o atrito entre o êmbolo e a parede interna da seringa. A) 57 000. B) 68 000. C) 71 000. D) 83 000. E) 94 000. 21) (UNESP-SP) Os desodorantes do tipo aerossol contêm em sua formulação solventes e propelentes inflamáveis. Por essa razão, as embalagens utilizadas para a comercialização do produto fornecem no rótulo algumas instruções, tais como:
Uma lata desse tipo de desodorante foi lançada em um incinerador a 25 ºC e 1 atm. Quando a temperatura do sistema atingiu 621 ºC, a lata explodiu. Considere que não houve deformação durante o aquecimento. No momento da explosão a pressão no interior da lata era A) 1,0 atm. B) 2,5 atm. C) 3,0 atm. D) 24,8 atm. E) 30,0 atm. GABARITO: 01A – 02C – 03C – 04D – 05B - 06A - 07B - 08D - 09D - 10C - 11D - 12C - 13A - 14A - 15D - 16C - 17B - 18C - 19D - 20D - 21C. Continua... Como se dá o equilíbrio térmico entre dois corpos inicialmente com temperaturas diferentes?O equilíbrio térmico acontece quando dois corpos - inicialmente em temperaturas diferentes - entram em contato e após um processo de transferência de calor, atingem a mesma temperatura.
Como a teoria do calórico explica o equilíbrio térmico atingido após a mistura de duas amostras?01- Como a teoria do calórico explica o equilíbrio térmico atingido,após a mistura,de duas amostras de água,inicialmente a temperaturas diferentes? R:Admitindo que uma substância chamada calor ou calórico tenha sido transferida da amostra mais quente para a mais fria,ate atingirem o equilíbrio.
O que acontece depois que dois corpos atingem o equilíbrio térmico?Quando os dois corpos entram em contato, há um fluxo de energia térmica espontânea que vai do corpo mais quente para o corpo mais frio. Esse fluxo de energia térmica é chamado de calor. Com o passar do tempo, os dois corpos atingem a mesma temperatura. Neste instante, o calor cessa.
Como a física explica o equilíbrio?Equilíbrio, na Física, é a situação de repouso ou de movimento uniforme e invariável de um corpo. Acontece quando a soma das forças que atuam sobre um corpo possuem a força resultante igual a zero, assim ele não altera sua situação.
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Como a física explica o equilíbrio térmico atingido após se misturarem duas amostras de água inicialmente à temperaturas diferentes?
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