ENEM REVISÃO GABARITO OFICIAL 94 VÍDEOAULAS 356 RESUMOS QUESTÕES. Prof. Eduardo Cavalcanti. Prof. Eduardo Cavalcanti. ENEM - Periódico.

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1 Prof. Eduardo Cavalcanti REVISÃO ENEM GAARITO OFICIAL Prof. Eduardo Cavalcanti 94 VÍDEOAULAS 356 QUESTÕES RESUMOS ENEM - Periódico ENEM - Libras ENEM - PPL Autor Outros Vestibulares 1

2 APRESENTAÇÃO Olá querido aluno, seja bem-vindo a Curso de Física do Gabarito Oficial. Me chamo Eduardo Cavalcanti. em, acredito compreender bastante sua luta, principalmente você que precisa pôr em prática a rotina de estudo e tem dificuldade com física. Estudar não é tão fácil quanto outros imaginam. Mas com sua persistência e disciplina, aliadas a um bom material de estudo, tentaremos juntos fazer a diferença em sua aprovação. 2 - DILATAÇÃO A dilatação térmica é o aumento da distância entre as partículas de um sistema causado pelo aumento da temperatura. Do ponto de vista macroscópico, esse fenômeno é percebido como um aumento das dimensões do sistema. DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS DILATAÇÃO LINEAR "Deixem que o futuro diga a verdade e avalie cada um de acordo com o seu trabalho e realizações. O futuro pelo qual eu sempre trabalhei pertence a mim. Nikola Tesla Trago a experiência de anos de prévestibular para este material. Venho através dessas aulas ajudar-lhes de forma concisa, objetiva e transparente a alcançar seu objetivo. A estrutura do curso será de vídeo aulas, fundamentação teórica acompanhada de apresentação de questões comentadas, tanto com o objetivo de fixar o assunto abordado como ampliar a teoria com alguns tópicos específicos, mas não menos importantes. Vídeos curtos e objetivos sobre a teoria do assunto abordado. Vídeos com o comentário de algumas questões. Material de estudo com resumos teóricos. Material de estudo com todas as questões comentadas. Em que α é o coeficiente de dilatação linear. 01. (ENEM PPL) Para a proteção contra curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito. A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de a) dureza. b) elasticidade. c) dilatação térmica. d) compressibilidade. e) condutividade elétrica. A curvatura da lâmina se dá devido aos diferentes coeficientes de dilatação dos metais que compõem a lâmina. 2

3 Resposta: C 02. (UFRGS) Uma barra metálica de 1 m de comprimento é submetida a um processo de aquecimento e sofre uma variação de temperatura. O gráfico abaixo representa a variação D!, em mm, no comprimento da barra, em função da variação de temperatura D T, em O C. Juntando a expressão da dilatação linear Δ L com os dados fornecidos pelo enunciado e pelo gráfico, temos: Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades C? a) 0,2 b) 2,0 c) 5,0 d) 20 e) (ENEM PPL) O quadro oferece os coeficientes de dilatação linear de alguns metais e ligas metálicas: A dilatação linear é dada pela expressão: ΔL = L0 α ΔT Onde: Δ L = dilatação linear em metros; L = Comprimento inicial em metros; 0 α = Coeficiente de dilatação linear em -1 C ; Δ T = Variação da temperatura em C. Do gráfico dado, escolhemos um ponto: Para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha, a partir do menor aquecimento do conjunto, o parafuso e a porca devem ser feitos, respectivamente, de a) aço e níquel b) alumínio e chumbo. 3

4 c) platina e chumbo. d) ouro e Iatão. e) cobre e bronze. Quanto mais a porca se dilatar e quanto menos o parafuso se dilatar, menor será o aquecimento necessário para o desatarraxamento. Assim, dentre os materiais listados, o material do parafuso deve ser o de menor coeficiente de dilatação e o da porca, o de maior. Portanto, o parafuso deve ser de platina e a porca de chumbo. Resposta: C DILATAÇÃO SUPERFICIAL em que β é o coeficiente de dilatação superficial. Relação: 04. (CPS) A caminho da erradicação da pobreza, para poder contemplar a todos com o direito à habitação, as novas edificações devem ser construídas com o menor custo e demandar cuidados mínimos de manutenção. Um acontecimento sempre presente em edificações, e que torna necessária a manutenção, é o surgimento de rachaduras. Há muitas formas de surgirem rachaduras como, por exemplo, pela acomodação do terreno ou ocorrência de terremotos. Algumas rachaduras, ainda, ocorrem devido à dilatação térmica. qual o objeto é feito, de suas dimensões originais e da variação de temperatura a que ele é submetido. Para um objeto como um muro, o acréscimo ou decréscimo da área da superfície do muro é calculado pela expressão: ΔS= S0 β Δθ Em que: Δ S representa a variação (acréscimo ou diminuição) da área da superfície que o muro apresentará; S 0 é a área original da superfície do muro, antes de ocorrer a dilatação térmica; β é uma constante que está relacionada com o material que foi utilizado em sua construção; Δθ é a variação de temperatura à qual o muro é submetido. Considere dois muros feitos com o mesmo material, sendo que o menor deles possui uma área de superfície igual a 100 m 2, enquanto que o maior tem 200 m 2. Se o muro menor sofrer uma variação de temperatura de +20 o C e o maior sofrer uma variação de +40 o C, a variação da área da superfície do muro maior em relação à variação da área da superfície do muro menor, é a) quatro vezes menor. b) duas vezes menor. c) a mesma. d) duas vezes maior. e) quatro vezes maior. Dilatação térmica do muro maior: Dilatação térmica do muro menor: A dilatação térmica é um fenômeno que depende diretamente do material do 4

5 A razão das dilatações térmicas será: ΔS ΔS m β C ΔS m β C ΔS2 = \ = 4 DILATAÇÃO REAL Portanto, a razão será 4 vezes maior. Resposta: E Dilatação volumétrica em que γ é o coeficiente de dilatação real do líquido. DILATAÇÃO APARENTE em que γ é o coeficiente de dilatação volumétrica. em que γf é o coeficiente de dilatação volumétrica do frasco. DILATAÇÃO DO RECIPIENTE Relação: 05. (PUC - RJ) Uma placa de vidro possui as dimensões de 1,0 m x 1,0 m x 1,0 m quando está à temperatura ambiente. Seu coeficiente de dilatação linear é C. Se a placa sofrer uma variação de temperatura de 10 o C, de quanto será a variação de volume da placa, em cm 3? a) 7,3 x b) 7,3 x 10 7 c) 9,0 x 10 3 d) 9,0 x 10 1 e) 2,7 Resposta: E em que γf é o coeficiente de dilatação volumétrica do frasco. Relação entre as dilatações: Relação entre os coeficientes: 06. (PUC-PR) Considere um recipiente de vidro com certo volume de mercúrio, ambos em equilíbrio térmico numa dada temperatura θ 0, conforme mostra a figura a seguir. O conjunto, recipiente de vidro e mercúrio, é colocado num forno à temperatura θ, com θ> θ 0. Sejam os coeficientes de dilatação volumétrica do vidro e do mercúrio iguais, respectivamente, a , 2 10 C -4-1 e 1, 8 10 C. DILATAÇÃO TÉRMICA DOS LÍQUIDOS 5

6 COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA A água líquida contrai-se ao ser aquecida de 0 C a 4 C e dilata-se quando aquecida a partir de temperaturas superiores a 4 C. A densidade máxima da água (1g/cm3) ocorre a 4 C. De quantas vezes o volume do recipiente deve ser maior que o volume inicial de mercúrio, para que o volume vazio do recipiente permaneça constante a qualquer temperatura? a) 11 b) 12 c) 13 d) 14 e) 15 As equações que representam as dilatações volumétricas do vidro e do mercúrio são: vidro 0,vidro vidro Hg 0,Hg Hg ( ) ( ) ΔV = V α ΔT 1 ΔV = V α ΔT 2 As dilatações volumétricas tanto do vidro como do mercúrio devem ser iguais para permanecer o volume de vazios constantes, portanto: ΔVvidro = ΔVHg ( 3) Igualando as duas equações e simplificando as variações de temperatura: V0,vidro αvidro ΔT = V0,Hg αhg ΔT ( 4 ) Fazendo a razão entre os volumes iniciais e substituindo os coeficientes de dilatação volumétrica para cada material, temos: V0,vidro αhg = ( 5) V α V 0,Hg 0,vidro V 0,Hg vidro Resposta: E ,8 10 C V0,vidro = Þ = ,2 10 C V 0,Hg Energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas. CALOR SENSÍVEL Produz variação de temperatura. CALOR LATENTE 3 - CALORIMETRIA CALOR Produz mudança de estado. 07. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Nos dias frios, é comum ouvir expressões como: Esta roupa é quentinha ou então Feche a janela para o frio não entrar. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de 6

7 calor da termodinâmica. A roupa não é quentinha, muito menos o frio entra pela janela. A utilização das expressões roupa é quentinha e para o frio não entrar é inadequada, pois o(a) a) roupa absorve a temperatura do corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela. b) roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela. c) roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela. d) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. e) calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio. d) Não, pois calor é a quantidade de energia térmica contida em um corpo. e) Não, pois o calor é diretamente proporcional à temperatura, mas são conceitos diferentes. O calor é apenas o fluxo de energia térmica que ocorre entre dois corpos que estão a diferentes temperaturas. Resposta: C Grandeza por meio da qual avalia-se a energia em trânsito (calor) entre sistemas a diferentes temperaturas. Unidade do SI: joule (J) Unidade usual: caloria (cal) Relação: QUANTIDADE DE CALOR (Q) Os corpos não possuem calor, mas sim, energia térmica. Calor é uma forma de energia térmica que flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor. EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL 08. (ENEM PPL) É comum nos referirmos a dias quentes como dias de calor. Muitas vezes ouvimos expressões como hoje está calor ou hoje o calor está muito forte quando a temperatura ambiente está alta. No contexto científico, é correto o significado de calor usado nessas expressões? a) Sim, pois o calor de um corpo depende de sua temperatura. b) Sim, pois calor é sinônimo de alta temperatura. c) Não, pois calor é energia térmica em trânsito. Em que m é a massa, c é o calor específico e Δθ é a variação de temperatura. O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade de calor que faz variar em 1 C a temperatura da massa de 1g da substância. Unidade usual: cal/g C 7

8 Resposta: C 09. (Prof. Eduardo Cavalcanti) No início do século XX, Pierre Curie e colaboradores, em uma experiência para determinar características do recém-descoberto elemento químico rádio, colocaram uma pequena quantidade desse material em um calorímetro e verificaram que 1, 30 grama de água líquida ia do ponto de congelamento ao ponto de ebulição em uma hora. A potência média liberada pelo rádio nesse período de tempo foi, aproximadamente, Note e adote: - Calor específico da água: 1cal (g C) - 1 cal = 4 J - Temperatura de congelamento da água: 0 C - Temperatura de ebulição da água: 100 C - Considere que toda a energia emitida pelo rádio foi absorvida pela água e empregada exclusivamente para elevar sua temperatura. a) 0,06 W b) 0,10 W c) 0,14 W d) 0,18 W e) 0,22 W 10. (ENEM) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera. Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência? a) Alto calor específico. b) Alto calor latente de fusão. c) aixa condutividade térmica. d) aixa temperatura de ebulição. e) Alto coeficiente de dilatação térmica. Da expressão do calor específico sensível: Q Q= mc Δθ Þ Δθ =. mc O fluido arrefecedor deve receber calor e não sofrer sobreaquecimento. Para tal, de acordo com a expressão acima, o fluido deve ter alto calor específico. Resposta: A 11. (ENEM PPL) O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água ( ρ água = 1kg L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1 m 2 é de 0,03 kw/m 2. O valor do calor específico da água é igual 4,2 kj/(kg o C). 8

9 Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20 o C até 70 o C? a) 490 s b) s c) s d) s e) s Massa de água: ρ mágua kg água = m 1 1L m 1kg V Þ = L Þ = Quantidade de energia necessária para o aquecimento da água: Q= m c Δθ = 1 4,2 50Þ Q= 210kJ Potência requerida: kw 2 P = 0,03 1m Þ P = 0,03kW 2 m Portanto: Q 210kJ P = Þ Δt = Δt 0,03kW \ Δt = 7000 s 12. (ENEM PPL) As especificações de um chuveiro elétrico são: potência de W, consumo máximo mensal de 21,6 kwh e vazão máxima de 3 L/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico da água é de J/(kg o C) e sua densidade é igual a 1 kg/l. A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de a) 16 o C b) 19 o C c) 37 o C d) 57 o C e) 60 o C Energia utilizada no mês: ,6 kwh = 21, J = 77,76 10 J Tempo em que o chuveiro ficou ligado: Volume de água utilizado: L Vágua = 3 324minÞ Vágua = 972L min Como a densidade da água é de 1kg/L, temos que mágua = 972kg. Portanto: 6 Q = m c Δθ Þ 77,76 10 = Δθ \ 19 C Resposta: 13. (ENEM) No manual fornecido pelo fabricante de uma ducha elétrica de 220 V é apresentado um gráfico com a variação da temperatura da água em função da vazão para três condições (morno, quente e superquente). Na condição superquente, a potência dissipada é de W. Considere o calor específico da água igual a J/(kg o C) e densidade da água igual a 1 kg/l. Com base nas informações dadas, a potência na condição morno corresponde a que fração da potência na condição superquente? a) 1 3 b) 1 5 9

10 c) 3 5 d) 3 8 e) 5 8 Relação entre os calores Q s e Q m trocados, respectivamente, nas condições superquente e morno: Q mcδt Q ΔT = Þ = Q mcδt Q ΔT s s s s m m m m Como Q P =, vem: Δt P Δt ΔT P ΔT = Þ = P Δt ΔT P ΔT s s s s m m m m Substituindo os valores de Δ T do gráfico nessa última relação, chegamos a: Ps 32 = P 12 m Pm 3 \ = P 8 s margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 o C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kj/(kg o C). Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s. para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de a) 42 b) 84 c) 167 d) 250 e) 500 Dados: O fluxo mássico (kg s) pedido é Da definição de potência: m Φ =. Δt 14. (ENEM) Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada a beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 o C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla Resposta: C CAPACIDADE TÉRMICA (C) DE UM CORPO Mede numericamente a quantidade de calor que faz variar de 1 C a temperatura do corpo. Unidade usual: cal/ C O equivalente em água de um corpo é a massa de água cuja capacidade térmica é igual à do corpo. O calorímetro é um recipiente onde costumam ser colocados os corpos em 10

11 experiências de trocas de calor. Os calorímetros devem ser isolados termicamente do ambiente e apresentar baixa capacidade térmica. 15. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Admita duas amostras de substâncias distintas com a mesma capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor. A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores específicos é igual a 6. 5 A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: a) 250 b) 300 c) 500 d) 600 Do enunciado, temos que: C A A A = C c 6 = c 5 m = m Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C = m c Podemos então dizer que: C A A A A A A = C m c = m c c c m = m A 5 m = 6 m m = 6 m m = 500g Sabendo que, m = m m = 600g Como é pedido a amostra mais leve, logo a resposta é 500 g. Resposta: C PRINCÍPIO GERAL DAS TROCAS DE CALOR Se dois ou mais corpos trocam calor entre si, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula: 16. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Dois blocos metálicos idênticos de 1 kg estão colocados em um recipiente e isolados do meio ambiente. Se um dos blocos tem a temperatura inicial de 50 o C e o segundo a temperatura de 100 o C, qual será a temperatura de equilíbrio, em o C, dos dois blocos? a) 75 b) 70 c) 65 d) 60 e) 55 Q + Q = m c Δθ + m c Δθ =

12 Como os dois blocos são idênticos, tanto a massa, como o calor específico são os mesmos, logo: Δθ + Δθ = ( θ - 50) + ( θ - 100) = 0 e 1 e 2 2 θ = 150 Þ θ = 75 C e Resposta: A e 17. (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. Considerando o sistema termicamente isolado, temos: Resposta: 18. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Em uma atividade experimental de Física, os estudantes verificaram que a quantidade de calor necessária para aquecer um litro de água num recipiente de alumínio de 500 g é de cal. Segundo as conclusões, desprezando as perdas, essa quantidade de calor é suficiente para que essa água alcance uma temperatura ideal para se tomar chimarrão. De acordo com os dados experimentais, a temperatura ambiente era de 20 o C e o calor específico da água e do recipiente de alumínio são, respectivamente, iguais a 1 cal/g o C e 0,21 cal/g o C. Ao se considerar o experimento citado acima, a temperatura da água do chimarrão é de: a) 63 o C b) 68 o C c) 70 o C d) 73 o C e) 75 o C Qa + Qc = 0 ma ca Δθa + mal cal Δθal = ( θe - 20) ,21 ( θe - 20) = θe θe = θe = θe = θe = 73 C 19. (ENEM) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura. 12

13 Tipo de selo Variação de temperatura A menor que 10% entre 10% e 25% C entre 25% e 40% D entre 40% e 55% E maior que 55% Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 C e outra a 40 C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e medese a temperatura da água, obtendo-se 16 o C. Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada? a) A b) c) C d) D e) E Dados: Calculando a variação percentual (x%) : ΔT 14 x = 100 = 100 Þ x = 46,7%. % % Te 30 MUDANÇAS DE FASE OU DE ESTADO DE AGREGAÇÃO CALOR LATENTE (L) Numericamente é a quantidade de calor que a substância troca (ganha ou perde), por unidade de massa, durante a mudança de estado, mantendo-se constante a temperatura. Unidade: cal/g QUANTIDADE DE CALOR LATENTE Desprezando a capacidade térmica da garrafa, pela equação do sistema termicamente isolado calculamos a temperatura de equilíbrio (T ) : O módulo da variação de temperatura é: ΔT = T - T = Þ ΔT = 14 C. f e e 20. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 o C Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será: Dados: calor de fusão do gelo = 80 cal g C a) 40 b) 400 c)

14 d) e) Q Q= m LÞ L = Þ L = Þ L = 70cal g m 10 Q= m LÞ Q= Þ Q= cal CURVA DE AQUECIMENTO DA ÁGUA Resposta: A CURVA DE RESFRIAMENTO DA ÁGUA A: aquecimento do gelo : fusão do gelo (a 0 C) C: aquecimento da água líquida D: vaporização da água líquida (a 100 C) E: aquecimento do vapor 21. (Prof. Eduardo Cavalcanti) O gráfico abaixo indica o comportamento térmico de 10 g de uma substância que, ao receber calor de uma fonte, passa integralmente da fase sólida para a fase líquida. O calor latente de fusão dessa substância, em cal/g, é igual a: a) 70 b) 80 c) 90 d) 100 e) 200 A: resfriamento do vapor : condensação do vapor (a 100 C) C: resfriamento da água líquida D: solidificação da água (a 0 C) E: resfriamento do gelo 22. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Podemos estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico da pele é igual ao da água: c = 1,0 cal/(g o C). Considere o calor latente de vaporização da água como L v = 1000/3 = 333 cal/g. Calcule o aumento de temperatura da pele devido à absorção do calor, em o C. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e)

15 A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele. Qlatente = Qsensível m L = m c ΔT v v p ,6 g cal / g mv L ΔT = v = 3 = 40 C m c 5 g 1cal/g C p Resposta: C 23. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Materiais com mudança de fase são bastante utilizados na fabricação de tecidos para roupas termorreguladoras, ou seja, que regulam sua temperatura em função da temperatura da pele com a qual estão em contato. Entre as fibras do tecido, são incluídas microcápsulas contendo, por exemplo, parafina, cuja temperatura de fusão está próxima da temperatura de conforto da pele, 31 o C. Considere que um atleta, para manter sua temperatura interna constante enquanto se exercita, libere 1,5 x 10 4 J de calor através da pele em contato com a roupa termorreguladora e que o calor de fusão da parafina é L F = 2,0 x 10 5 J/kg. Para manter a temperatura de conforto da pele, a massa de parafina encapsulada deve ser de, no mínimo, a) 500 g b) 450 g c) 80 g d) 75 g e) 13 g 24. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Num dia em que a temperatura ambiente é de 37 o C uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J. Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração? a) 0,08 g b) 0,44 g c) 1,30 g d) 1,80 g e) 80,0 g A potência utilizada na evaporação da água é 20% da potência total necessária para manter o metabolismo. PU = 20% PT = 0,2 120 Þ PU = 24W. O calor latente de vaporização é: cal J J L = Þ L = g cal g Combinando as expressões da potência e do calor latente: Dado: 4 5 Q = 1,5 10 J; L = 2 10 J / kg. Aplicando a equação do calor latente: Resposta: E 25. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um 1 chef de 15

16 cuisine precisa transformar 10 g de gelo a 0 o C em água a 40 o C em 10 minutos. Para isto utiliza uma resistência elétrica percorrida por uma corrente elétrica que fornecerá calor para o gelo. Supondo-se que todo calor fornecido pela resistência seja absorvido pelo gelo e desprezando-se perdas de calor para o meio ambiente e para o frasco que contém o gelo, a potência desta resistência deve ser, em watts, no mínimo, igual a: Dados da água: Calor específico no estado sólido: 0,50 cal/g o C Calor específico no estado líquido: 1,0 cal/g o C Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g Adote 1 cal = 4 J 1 chefe de cozinha a) 4 b) 8 c) 10 d) 80 e) 120 Q = m L Þ Q = Þ Q = 800 cal Q = m c ΔΘ Þ Q = 10 1 (40-0) Þ Q = 400 cal Q = Q + Q Þ Q = cal Þ Q = J t 1 2 t t Q P = Þ P = Þ P = 8 J sþ P = 8 W Δt Resposta: Dados: - densidade da água 3 = 1g cm ; - calor específico da água = 1cal g C; - calor de fusão do gelo = 80 cal g C; e - calor específico do gelo = 0,5 cal g C a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 SUPERFUSÃO Fenômeno em que uma substância permanece no estado líquido em temperaturas inferiores ao seu ponto de solidificação. DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES DO DIÓXIDO DE CARONO (CO 2 ) E DA ÁGUA 26. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um buffet foi contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10 o C. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25 o C determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0 o C, necessário para obter água à temperatura de 10 o C. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado. 16

17 Em que K é o coeficiente de condutibilidade térmica do material. ü Curva de fusão 1 Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e líquida. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases. ü Curva de vaporização 2 Delimita as regiões correspondentes às fases líquida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases. ü Curva de sublimação 3 Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases. ü Ponto triplo ou tríplice (T) Estado comum às três curvas; é representativo do equilíbrio entre as três fases da substância. PROPAGAÇÃO DO CALOR FLUXO DE CALOR Em que Q é a quantidade de calor transmitida e Δt é o intervalo de tempo. Unidades do fluxo de calor: cal/s, cal/min, W. Os bons condutores, como os metais, têm valor elevado para a constante K; já os isolantes térmicos (madeira, isopor, lã etc.) têm valor baixo para a constante K. 27. ENEM (LIRAS)) É muito comum encostarmos a mão na maçaneta de uma porta e temos a sensação de que ela está mais fria que o ambiente. Um fato semelhante pode ser observado se colocarmos uma faca metálica com cabo de madeira dentro de um refrigerador. Após longo tempo, ao encostarmos uma das mãos na parte metálica e a outra na parte de madeira, sentimos a parte metálica mais fria. Fisicamente, a sensação térmica mencionada é explicada da seguinte forma: a) A madeira é um bom fornecedor de calor e o metal, um bom absorvedor. b) O metal absorve mais temperatura que a madeira. c) O fluxo de calor é maior no metal que na madeira. d) A madeira retém mais calor que o metal. e) O metal retém mais frio que a madeira. CONDUTA TÉRMICA Transmissão em que a energia térmica se propaga por meio da agitação molecular. Lei de Fourier: Como o metal apresenta maior condutividade 17

18 térmica que a madeira, ele absorve calor mais rapidamente da mão da pessoa, ocorrendo maior fluxo de calor para o metal do que para a madeira. Isso dá à pessoa a sensação térmica de que o metal está mais frio. Resposta: C 28. (ENEM PPL) Em dias com baixas temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles. A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque a) possui a propriedade de gerar calor. b) é constituída de material denso, o que não permite a entrada do ar frio. c) diminui a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo. d) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico. e) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por condução. A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente. Resposta: C 29. (ENEM) Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior. O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá a) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico. b) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio. c) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio. d) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico. e) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura. Na bandeja de alumínio o derretimento do gelo é mais rápido do que na bandeja de plástico, pois o metal tem maior condutividade térmica que o plástico, absorvendo mais rapidamente calor do meio ambiente e cedendo para o gelo. Resposta: A CONVECÇÃO TÉRMICA Transmissão da energia térmica, que ocorre nos fluidos, devido à movimentação do próprio material aquecido, cuja densidade varia com a temperatura. ü Correntes de convecção - Ascendente, formada por fluido quente. - Descendente, formada por fluido frio. 30. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Para a instalação de um aparelho de arcondicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos 18

19 (líquidos e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente. A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque a) diminui a umidade do ar dentro do cômodo. b) aumenta a taxa de condução térmica para fora do cômodo. c) torna mais fácil o escoamento da água para fora do cômodo. d) facilita a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo. e) diminui a taxa de emissão de calor por parte do aparelho para dentro do cômodo. A colocação do aparelho na parte superior do cômodo facilita o processo da convecção. O ar quente, ao passar pelo aparelho resfriase, descendo. O ar da parte de baixo sobe e o processo se repete, homogeneizando mais rapidamente o ar no interior do cômodo. IRRADIAÇÃO TÉRMICA Transmissão da energia térmica devido às ondas eletromagnéticas denominadas raios infravermelhos. 31. (ENEM PPL) Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem? a) Convecção e condução. b) Convecção e irradiação. c) Condução e convecção. d) Irradiação e convecção. e) Irradiação e condução. A propagação da energia do Sol à Terra é por irradiação. As luvas são feitas de materiais isolantes térmicos (lã, couro etc.) dificultando a condução do calor. Resposta: E ü Efeito estufa Substâncias presentes na atmosfera terrestre (CO 2, vapor de água, metano etc.) limitam a transferência de calor da Terra para o espaço, durante a noite, mantendo assim um ambiente adequado para a vida. A intensificação desse efeito, devido à ação humana, está provocando o aquecimento global, com graves consequências para o planeta. ü Garrafa térmica Dispositivo no qual são minimizados os três processos de transmissão do calor. O vácuo entre as paredes duplas evita a condução. A boa vedação da garrafa evita a convecção. O espelhamento interno e externo das paredes reduz ao mínimo a irradiação. 19