Propagação do calor. Página 1

Transcrição

1 Propagação do calor 1. (Ufg 2013) Umidade é o conteúdo de água presente em uma substância. No caso do ar, a água na forma de vapor pode formar um gás homogêneo e incolor se sua concentração no ar estiver abaixo do limite de absorção de vapor de água pelo ar. Este limite é chamado de ponto de orvalho e caracteriza a saturação a partir da qual ocorre a precipitação de neblina ou gotículas de água. O ponto de saturação de vapor de água no ar aumenta com a temperatura. Um fato interessante ligado à umidade do ar é que, em um dia muito quente, o ser humano sente-se termicamente mais confortável em um ambiente de baixa umidade. Esse fato se deve ao calor a) recebido pelo corpo por irradiação. b) cedido para a água por convecção. c) recebido do vapor por condução. d) cedido para o vapor por convecção. e) cedido pelo corpo por condução. 2. (Ufsm 2013) A conservação de alguns tipos de alimentos é feita mantendo-os a baixas temperaturas. Os refrigeradores realizam essa tarefa como uma máquina térmica cíclica, retirando energia de uma fonte à baixa temperatura (interior do refrigerador) e rejeitando-a para uma fonte à alta temperatura (exterior do refrigerador). A respeito do funcionamento dessa máquina térmica, é correto afirmar: a) O refrigerador doméstico opera conforme o ciclo de Carnot. b) O trabalho necessário para a operação da máquina é igual á razão entre a quantidade de energia retirada da fonte fria e a quantidade de energia rejeitada para a fonte quente. c) As transformações que ocorrem no interior da máquina são isotérmicas. d) Enquanto houver realização de trabalho pelo motor, é possível transferir energia da fonte à baixa temperatura para a fonte à alta temperatura. e) Quanto maior o trabalho realizado pelo motor elétrico, maior a eficiência do refrigerador. 3. (Ufg 2013) Uma caixa de isopor em forma de paralelepípedo de dimensões 0,4 0,6 0,4 m contém 9 kg de gelo em equilíbrio térmico com água. Esse sistema é fechado e mantido em uma sala cuja temperatura ambiente é de 30 C. Tendo em vista que o gelo é completamente derretido após um intervalo de 10 horas, calcule: a) o fluxo de calor, em watt, que o conteúdo da caixa de isopor recebe até derreter o gelo; b) a espessura da caixa de isopor. Utilize o coeficiente de transmissão de calor do isopor 4, W/m/ C. Dados: 1 cal ~ 4,0 J calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 4. (Uel 2013) O cooler, encontrado em computadores e em aparelhos eletroeletrônicos, é responsável pelo resfriamento do microprocessador e de outros componentes. Ele contém um ventilador que faz circular ar entre placas difusoras de calor. No caso de computadores, as placas difusoras ficam em contato direto com o processador, conforme a figura a seguir. Sobre o processo de resfriamento desse processador, assinale a alternativa correta. a) O calor é transmitido das placas difusoras para o processador e para o ar através do fenômeno de radiação. b) O calor é transmitido do ar para as placas difusoras e das placas para o processador através do fenômeno de convecção. c) O calor é transmitido do processador para as placas difusoras através do fenômeno de condução. d) O frio é transmitido do processador para as placas difusoras e das placas para o ar através do fenômeno de radiação. e) O frio é transmitido das placas difusoras para o ar através do fenômeno de radiação. 5. (Enem PPL 2012) Chuveiros elétricos possuem uma chave para regulagem da temperatura verão/inverno e para desligar o chuveiro. Além disso, é possível regular a temperatura da água, abrindo ou fechando o registro. Abrindo, diminui-se a temperatura e fechando, aumentase. Aumentando-se o fluxo da água há uma redução na sua temperatura, pois a) aumenta-se a área da superfície da água dentro do chuveiro, aumentando a perda de calor por radiação. b) aumenta-se o calor especifico da água, aumentando a dificuldade com que a massa de água se aquece no chuveiro. c) diminui-se a capacidade térmica do conjunto água/chuveiro, diminuindo também a capacidade do conjunto de se aquecer. d) diminui-se o contato entre a corrente elétrica do chuveiro e a água, diminuindo também a sua capacidade de aquecê-la. e) diminui-se o tempo de contato entre a água e a resistência do chuveiro, diminuindo a transferência de calor de uma para a outra. Página 1

2 6. (G1 - ifsc 2012) O frasco de Dewar é um recipiente construído com o propósito de conservar a temperatura das substâncias que ali forem colocadas, sejam elas quentes ou frias. O frasco consiste em um recipiente de paredes duplas espelhadas, com vácuo entre elas e de uma tampa feita de material isolante. A garrafa térmica que temos em casa é um frasco de Dewar. O objetivo da garrafa térmica é evitar ao máximo qualquer processo de transmissão de calor entre a substância e o meio externo. esperamos um certo tempo para que o mesmo possa indicar a temperatura correta do nosso corpo. Com base nisso, analise as proposições a seguir. I. Ao indicar a temperatura do nosso corpo, o termômetro entra em equilíbrio térmico com ele, o que demora algum tempo para acontecer. II. Inicialmente, a indicação do termômetro irá baixar, pois o vidro transmite mal o calor e se aquece primeiro que o mercúrio, o tubo capilar de vidro se dilata e o nível do líquido desce. III. Após algum tempo, como o mercúrio se dilata mais que o vidro do tubo, a indicação começa a subir até estabilizar, quando o termômetro indica a temperatura do nosso corpo. Podemos afirmar que são corretas as afirmativas a) I e II apenas. b) I e III apenas. c) II e III apenas. d) I, II e III. É CORRETO afirmar que os processos de transmissão de calor são: a) indução, condução e emissão. b) indução, convecção e irradiação. c) condução, convecção e irradiação. d) condução, emissão e irradiação. e) emissão, convecção e indução. 7. (Unimontes 2011) Duas barras metálicas de comprimentos L 1 e L 2, de materiais diferentes, estão acopladas (ver figura abaixo). A barra de comprimento L1 possui condutividade térmica k 1, e a barra de comprimento L 2 possui condutividade térmica k 2, sendo k 1 > k 2. As duas extremidades são mantidas a temperaturas fixas e diferentes, T 1 e T 2. 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. 8. (Epcar (Afa) 2011) Quando usamos um termômetro clínico de mercúrio para medir a nossa temperatura, Nesta prova, quando necessário, adote os seguintes valores: Aceleração da gravidade: g = 10 m/s 2. Constante da gravitação universal: G = 6 x N m 2 / kg 2. Velocidade do som no ar: v = 340 m/s. Massa da Terra: M = 6 x kg. Constanteπ = (Ufpb 2011) Em uma fábrica, utiliza-se uma barra de alumínio de 80 cm 2 de seção reta e 20 cm de comprimento, para manter constante a temperatura de uma máquina em operação. Uma das extremidades da barra é colocada em contato com a máquina que opera à temperatura constante de 400 ºC, enquanto a outra extremidade está em contato com uma barra de gelo na sua temperatura de fusão. Sabendo que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, que o coeficiente de condutibilidade térmica do alumínio é de 0,5 cal/s.cm.ºc e desprezando as trocas de calor do sistema máquina-gelo com o meio ambiente, é correto afirmar que o tempo necessário para derreter 500 g de gelo é: a) 10 s b) 20 s c) 30 s d) 40 s e) 50 s 10. (G1 - cftsc 2010) Em nossas casas, geralmente são usados piso de madeira ou de borracha em quartos e piso cerâmico na cozinha. Por que sentimos o piso cerâmico mais gelado? a) Porque o piso de cerâmica está mais quente do que o piso de madeira, por isso a sensação de mais frio no piso cerâmico. Página 2

3 13. (Upe 2010) 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 cm 2. 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 x 10 5 J/kg b) Porque o piso de cerâmica está mais gelado do que o piso de madeira, por isso a sensação de mais frio no piso cerâmico. c) Porque o piso de cerâmica no quarto dá um tom menos elegante. d) Porque o piso de madeira troca menos calor com os nossos pés, causando-nos nos menos sensação de frio. e) Porque o piso de cerâmica tem mais área de contato com o pé, por isso nos troca mais calor, causando sensação de frio. 11. (Pucmg 2010) 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. 12. (Upe 2010) Dois cilindros feitos de materiais A e B têm os mesmos comprimentos; os respectivos diâmetros estão relacionados por d A = 2 d B. Quando se mantém a mesma diferença de temperatura entre suas extremidades, eles conduzem calor à mesma taxa. As condutividades térmicas dos materiais estão relacionadas por: a) ka = k B / 4 b) ka = k B / 2 c) ka = k B d) ka = 2 k B e) ka = 4 k B (Udesc 2010) 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/m 2. A área da superfície dos painéis solares necessários é: a) 9,50 m 2 b) 7,56 m 2 c) 2,00 m 2 d) 25,0 m 2 e) 6,73 m (Enem cancelado 2009) Além de ser capaz de gerar eletricidade, a energia solar é usada para muitas outras finalidades. A figura a seguir mostra o uso da energia solar para dessalinizar a água. Nela, um tanque contendo água salgada a é coberto por um plástico transparente e tem a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra, sob a qual se coloca um recipiente (copo). A água evaporada se condensa no plástico e escorre até o ponto mais baixo, caindo dentro do copo. Nesse processo, a energia solar cedida à água salgada a) fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a, assim, altamente energizada. b) fica armazenada na forma de energia potencial gravitacional contida na água doce. c) é usada para provocar a reação química que transforma a água salgada em água doce. d) é cedida ao ambiente externo através do plástico, onde ocorre a condensação do vapor. e) é reemitida como calor para fora do tanque, no processo de evaporação da água salgada. Página 3

4 O diagrama a seguir representa, de forma esquemática e simplificada, a distribuição da energia proveniente do Sol sobre a atmosfera e a superfície terrestre. Na área delimitada pela linha tracejada, são destacados alguns processos envolvidos no fluxo de energia na atmosfera. conduzido por unidade de tempo, é dado por Φcal = ka (Tag - Tar)/L, onde k = 4, cal/(s cm C) é a condutividade térmica do gelo. Qual é o fluxo de calor Φcal quando L = 5,0 cm? b) Ao solidificar-se, a água a 0 C perde uma quantidade de calor que é proporcional à massa de água transformada em gelo. A constante de proporcionalidade Ls é chamada de calor latente de solidificação. Sabendo-se que o calor latente de solidificação e a densidade do gelo valem, respectivamente, Ls = 80 cal/g e ρg = 0,90 g/cm 3, calcule a quantidade de calor trocado entre a água e o ar para que a espessura do gelo aumente de 5,0 cm para 15 cm. 18. (Pucsp 2005) 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: 16. (Enem 2008) Com base no diagrama acima, conclui-se que a) a maior parte da radiação incidente sobre o planeta fica retida na atmosfera. b) a quantidade de energia refletida pelo ar, pelas nuvens e pelo solo é superior à absorvida pela superfície. c) a atmosfera absorve 70% da radiação solar incidente sobre a Terra. d) mais da metade da radiação solar que é absorvida diretamente pelo solo é devolvida para a atmosfera. e) a quantidade de radiação emitida para o espaço pela atmosfera é menor que a irradiada para o espaço pela superfície. 17. (Unicamp 2007) Nas regiões mais frias do planeta, camadas de gelo podem se formar rapidamente sobre um volume de água a céu aberto. A figura a seguir mostra um tanque cilíndrico de água cuja área da base é A = 2,0 m 2, havendo uma camada de gelo de espessura L na superfície da água. O ar em contato com o gelo está a uma temperatura Tar = - 10 C, enquanto a temperatura da água em contato com o gelo é Tag = 0,0 C. 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. 19. (Ita 2004) Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória de espessura L=5,0 cm, área A=100m 2 e condutividade térmica k=2,0w/mk. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente, à temperatura T 1 =47 C e T 2 =27 C, respectivamente. Considerando o ar como um gás ideal e o conjunto das duas salas um sistema isolado, calcule: a) O fluxo de calor através da divisória relativo às temperaturas iniciais T 1 e T 2. b) A taxa de variação de entropia S/ t no sistema no início da troca de calor, explicando o que ocorre com a desordem do sistema. a) O calor é conduzido da água ao ar através do gelo. O fluxo de calor Φcal, definido como a quantidade de calor 20. (Ufrrj 2004) 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. Página 4

5 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. 21. (Unitau 1995) Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência: - Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. - Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol. - Vento que sopra da terra para o mar durante a noite. a) convecção - condução - radiação. b) convecção - radiação - condução. c) condução - convecção - radiação. d) condução - radiação - convecção. e) radiação - condução - convecção. g = 10 m/s 2 1,0 cal = 4,0 J densidade d água: 1,0 g/cm 3 = 10 3 kg/m 3 velocidade da luz no ar: km/s calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g pressão atmosférica: 10 5 N/m (Fuvest 1989) Tem-se uma barra cilíndrica de comprimento L = 50 cm e base com área S = 10 cm 2. Uma de suas bases (A) é mantida a uma temperatura constante T A = 100 C e a outra (B) é mantida em contacto com uma mistura de água e gelo à temperatura T B =0 C. A quantidade Q de calorias que passa de A para B em função do tempo t é dada pela expressão: Q = 0,5 (T A - T B ). S. t / L onde t é medido em segundos. Nessas condições calcule: a) a quantidade de calor que passa em 1 segundo; b) quantas gramas de gelo se derretem em 40 s. Página 5