Conversão da temperatura para graus celsius kelvin t / K = θ / ºC + 273,15

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1 Escola Básica e Secundária Gonçalves Zarco Física e Química A, 10º ano Ano lectivo 2007 / 2008 Correcção do Teste de Avaliação Sumativo Nome: N.º aluno: Turma: Classiicação : Proessor: FORMULÁRIO Lei de Wien λ = λ - comprimento de onda B - constante de Wien = 2,898 x 10-3 mk T - temperatura absoluta Conversão da temperatura para graus celsius kelvin t / K = θ / ºC + 273,15 Quantidade de energia transerida como calor q = m C θ m - massa do corpo C - capacidade térmica mássica θ - variação da temperatura Densidade ou massa volúmica m - massa do corpo V - volume do corpo B T m ρ = V 1ª Lei da Termodinâmica U = W + Q + R U - variação da energia internado sistema W - energia transerida para ora do sistema ou recebida do exterior como trabalho Q - energia transerida para ora do sistema ou recebida do exterior como calor R - energia transerida para ora do sistema ou recebida do exterior como radiação Coeiciente de condutividade térmica u = U - coeiciente de condutividade térmica K - condutividade térmica L - espessura Lei da condução térmica t Q - energia transerida, como calor, por segundo t A - área da superície (T 2 T 1 ) dierença de temperaturas K L T = KA T L Q 2 1 W Rendimento de uma máquina térmica η = 100% W - trabalho realizado Q q - calor recebido da onte quente Q q

2 GRUPO I 1) A igura ao lado mostra o espectro da intensidade da radiação emitida por três corpos negros, A, B e C, respectivamente às temperaturas de 3000 K, 4000K e 5800K. 1.1) Identiica, justiicando a curva correspondente a cada um dos corpos A, B e C. A-1; B-2; C-3. Quanto maior or a temperatura de um corpo, maior será a intensidade da radiação emitida por este e menor será o comprimento de onda correspondente ao máximo de emissão. 1.2) Determina o comprimento de onda para o qual é máxima a intensidade da radiação emitida do corpo C. 3 B 2, λ = ; λ = = 4, m T ) Dispões de 200 cm 3 de água a 80 ºC que vertes para um calorímetro. Mergulhas nessa água um tubo de ensaio que contém 50 cm 3 de água a 15 ºC. Qual a temperatura quando se atinge o equilíbrio térmico? Considera C água = 4185 J/(kg ºC); ρ (H 2 O) = 1 g/cm 3. Calor cedido = calor recebido mc θ = mc θ 0, ,75= 0,05θ + 0,2θ ( θ 80) = 0, ( θ 15) 0,2θ 16= 0,05θ 0,75 16,75 θ = = 67 º C 0,25 3) Supondo que é necessário electriicar um sistema de bombagem de água, com potência de 3,5 kw num local situado longe de rede eléctrica. Para tal comportou-se um conjunto de painéis otovoltaicos, cada um com 1 m 2 de área cujo rendimento de conversão da energia solar em energia eléctrica é de 20%.A potência solar que chega à superície da terra nesse local é em média 1,4 kw, por unidade de área de superície irradiada. Determina a área de painéis otovoltaicos são necessários para produzir energia eléctrica suiciente à bomba de água? 4) Durante certa transormação, cedem-se 300cal de energia como calor a um sistema que se encontra a temperatura ambiente. O sistema absorve 200J de radiação e executa, ao mesmo tempo, o trabalho de 100J. Considera 1 cal = 4,18 J. Calcula a variação de energia interna do sistema. 300cal=1254J Núcleo de Estágio 07/08 2

3 U = W + Q + R U = = J 5) Das airmações seguintes selecciona a airmação verdadeira. A. Numa transormação adiabática há trocas de energia sob a orma de calor entre o sistema e a sua vizinhança. B. Numa transormação isobárica veriica-se um aumento de pressão do sistema. C. Numa transormação isocórica, a variação de energia interna do sistema é igual à energia recebida ou cedida pelo sistema, como trabalho. D. Numa transormação isobárica e durante a expansão de um gás contido num recipiente munido de um êmbolo, o trabalho é negativo. (Verdadeira) 6) Das airmações seguintes selecciona a airmação verdadeira. A. O processo de transerência de calor por convecção ocorre sem transporte de matéria. B. Quando se acende uma lareira, o aquecimento do ambiente é eito por correntes de convecção. Verdadeira C. No aquecimento da água está envolvido, somente, o processo de convecção. D. Se a condutividade térmica do material or elevada o material é mau condutor de calor. 7) Calcula as perdas de calor, por segundo, que ocorrem através das paredes e do telhado da seguinte habitação: Material Coeiciente de condutividade térmica (Wm -2 ºC -1 ) Área (m 2 ) Telhado com isolamento 0,25 12,0 Parede de madeira 1,6 45 Dierença de temperatura entre o exterior e o interior (ºC) 10 Telhado com isolamento: Parede de madeira: O total de energia perdida por segundo é: Núcleo de Estágio 07/08 3

4 7.2) Como poderias minimizar as perdas de calor, na tua casa? Usar paredes duplas, vidros duplos, orrar as janelas e as portas. 8) O chão de uma casa com área de 60 m 2 está revestido com uma carpete de 10 mm de espessura que recobre, praticamente, todo o pavimento. A carpete está colocada sobre uma camada de betão com 250 mm de espessura. A superície exterior da carpete está à temperatura de 17 ºC e a superície inerior do betão à temperatura de 12 ºC. Calcula a temperatura na junção do pavimento de betão com a carpete, quando se atinge o equilíbrio térmico. Considera: K (betão) = 0,75 W m -1 K -1 ; K (material da carpete) = 0,06 W m -1 K -1. Dados: Carpete: Betão: L = m L = m θ 2 = 17 ºC θ 1 = 12 ºC K = 0,06 W m -1 K -1 K = 0,75 W m -1 K -1 A (chão de uma casa) = 60 m 2 Cálculo do coeiciente de condutividade para a carpete: Cálculo do coeiciente de condutividade para o betão: Cálculo da temperatura de junção do pavimento de betão com a carpete, quando se atinge o equilíbrio térmico: θ = 288, 5 K = 15, 35 ºC 9) Classiica cada airmação como verdadeira ou alsa, justiicando as alsas: A. A energia pode ser transerida espontaneamente de um corpo rio para um corpo quente. Falsa. A energia poderá ser transerida de um corpo rio para um corpo quente, mas só por realização de trabalho. Núcleo de Estágio 07/08 4

5 B. É possível converter completamente calor em trabalho. Falsa. Há sempre dissipação de energia. 10) Uma máquina térmica retira 300 J da onte quente e transere 250 J para a onte ria. Determina: a. O trabalho realizado pela máquina. W = Q Q = 300 J 250J = 50 q J b. O rendimento da máquina. W 50J η = 100 = 100= 16,67% Q 300J q 11) Considera as seguintes transormações. A. Formação de orvalho numa madrugada ria. B. Fusão da geada nas primeiras horas do dia. C. Pêndulo de um relógio a oscilar. D. Saltitar de uma bola após a sua queda. E. Alpinista a escalar uma montanha. F. Chávena a cair e partir. a. Classiica-as como reversíveis/ irreversíveis, espontâneas e não espontâneas. Irreversíveis e espontâneos: F, D, B Reversíveis e não espontâneos: C, E, A b. Indica as transormações que ocorrem com o aumento da entropia. Justiica. Aumento de entropia: F, D, B Pois aumenta a desordem e são processos irreversíveis. 12. Numa instalação solar térmica, as perdas de energia poderão ocorrer de três modos: condução, convecção e radiação. Explica em que consiste o mecanismo de perda de energia térmica por condução. A energia propaga-se através de choques entre as partículas, não havendo transporte de matéria. Ocorre em todos os estados ísicos sendo o único processo possível de transerência de energia como calor, que ocorre nos sólidos. GRUPO II 1) Na igura estão representados os gráicos que traduzem a variação da temperatura em unção do tempo, no interior de duas latas do mesmo material, pintadas com tinta baça, uma de cor preta e a outra de cor branca, quando sobre elas incidiu radiação emitida por uma lâmpada. 1.1) Indica, justiicando, qual a curva correspondente a cada uma das latas. Curva B lata preta Curva A lata branca 1.2) Explica por que razão a partir do instante t = Núcleo de Estágio 07/08 5

6 20 min, aproximadamente, a temperatura no interior de cada uma das latas se mantém praticamente constante. Porque se estabelece equilíbrio térmico. A taxa de emissão é igual à taxa de absorção. 1.3) Qual das latas arreecerá mais depressa? Justiica. A lata preta, porque um bom absorsor é também um bom emissor. 2) No nosso país é possível observar a utilização de painéis otovoltaicos em diversas situações. Recordando a aula prática sobre utilização de painéis otovoltaicos classiica de verdadeiras e alsas as seguintes airmações, corrigindo as alsas: A. As células otovoltaicas existentes num painel otovoltaico transormam a energia solar em energia térmica. Falsa. As células otovoltaicas existentes num painel otovoltaico transormam a energia solar em energia eléctrica. B. O aproveitamento da energia solar depende do comprimento de onda da radiação incidente nos painéis otovoltaicos. Verdadeira. C. O rendimento de um painel otovoltaico não depende do ângulo de incidência da radiação solar. Falsa. O rendimento de um painel otovoltaico depende do ângulo de incidência da radiação solar. D. A utilização de iltros na onte luminosa promove o aumento do rendimento dos painéis. Falsa. A utilização de iltros na onte luminosa promove a diminuição do rendimento dos painéis. 3) Explica a dierença entre um painel otovoltaico e um colector solar. Um painel otovoltaico é utilizado para converter energia solar em energia eléctrica, já o colector converte s energia solar em energia térmica. 4) Explica porque é que o interior das garraas térmicas são espelhadas. Para relectir sucessivamente o calor de uma parede para outra, minimizando as perdas de energia. Núcleo de Estágio 07/08 6