Física. Lista ENEM 22 - Propagação do Calor - SOLUÇÕES

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1 Física Lista ENEM 22 - Propagação do Calor - SOLUÇÕES 1. (Unicamp 2016) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido. I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por. III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por. Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são: a) condução, convecção e radiação. b) condução, radiação e convecção. c) convecção, condução e radiação. d) convecção, radiação e condução. 2. (Enem PPL 2013) c) Condução e convecção. d) Irradiação e convecção. e) Irradiação e condução. 3. (Enem PPL 2012) 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. 4. (Enem PPL 2012) Um aquecedor solar consiste essencialmente em uma serpentina de metal, a ser exposta ao sol, por meio da qual flui água a ser aquecida. A parte inferior da serpentina é soldada a uma chapa metálica, que é o coletor solar. A forma da serpentina tem a finalidade de aumentar a área de contato com o coletor e com a própria radiação solar sem aumentar muito o tamanho do aquecedor. O metal, sendo bom condutor, transmite e energia da radiação solar absorvida para as paredes internas e, daí, por condução, para a água. A superfície deve ser recoberta com um material, denominado material seletivo quente, para que absorva o máximo de radiação solar e emita o mínimo de radiação infravermelha. Os quadros relacionam propriedades de alguns metais/ligas metálicas utilizados na confecção de aquecedores solares: Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem? a) Convecção e condução. b) Convecção e irradiação.

2 Material metálico Condutividade térmica (W/m K) Zinco 116,0 Aço 52,9 cobre 411,0 Material quente seletivo A. Óxido e sulfeto de níquel e zinco aplicados sobre zinco B. Óxido e sulfeto de níquel e zinco sobre ferro galvanizado C. Óxido de cobre em alumínio anodizado Razão entre a absorbância de radiação solar e a emitância de radiação infravermelha 8,45 7,42 7,72 Os aquecedores solares mais eficientes e, portanto, mais atrativos do ponto de vista econômico, devem ser construídos utilizando como material metálico e material seletivo quente, respectivamente, a) aço e material seletivo quente A. b) aço e material seletivo quente B. c) cobre e material seletivo quente C. d) zinco e material seletivo quente B. e) cobre e material seletivo quente A. 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, aumenta-se. 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. qual o objeto está inserido. No vácuo, podemos dizer que a perda de calor se dá por: a) Condução; b) Convecção; c) Radiação; d) Condução e Convecção; e) Convecção e Radiação. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: 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. 7. (Enem 2008) Com base no diagrama acima, concluise 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. 8. (Enem 2002) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência 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). 6. (Pucrj 2008) O mecanismo através do qual ocorre a perda de calor de um objeto é dependente do meio no

3 energia é transferida por meio de ondas eletromagnéticas. 16) A garrafa térmica, ou frasco de Dewar, pode ser considerada um recipiente de paredes adiabáticas, pois seu objetivo é evitar qualquer tipo de propagação de calor. 32) O processo de aquecimento de um fluido se dá por convecção, por isso a fonte de calor deve estar preferencialmente localizada na região superior desse fluido. 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. 9. (Ufsc 2013) Calor é energia em trânsito, devido a uma diferença de temperatura. No momento em que não existe mais esta diferença de temperatura, o calor deixa de existir. O calor não pode ser armazenado ou contido por um corpo. Em uma situação na qual existe uma diferença de temperatura, o calor surge e, dependendo do meio em que isto ocorre, o calor vai apresentar formas distintas de se propagar. Em relação às formas de propagação do calor, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01) Na ausência de matéria, o calor se propaga por radiação, ondas eletromagnéticas em que a frequência do calor está na faixa do ultravioleta. 02) O calor também pode se propagar na faixa da radiação de micro-ondas, a mesma usada nos fornos de micro-ondas para aquecer e cozinhar alimentos. 04) O fluxo de calor através de um sólido depende da sua geometria e do material do qual é com posto. 08) O calor se propaga por três processos: na condução a energia é transferida pela interação dos átomos ou moléculas; na convecção a energia é transferida pelo transporte direto de matéria e na radiação a 10. (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. 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. 11. (G1 - utfpr 2011) A garrafa térmica tem como função manter seu conteúdo em temperatura praticamente constante durante um longo intervalo de tempo. É constituída por uma ampola de vidro cujas superfícies interna e externa são espelhadas para impedir a propagação do calor por. As paredes de vidro são más condutoras de calor evitando-se a térmica. O vácuo entre as paredes da ampola dificulta a propagação do calor por e. Marque a alternativa que completa o texto corretamente: a) reflexão transmissão condução irradiação. b) condução irradiação irradiação convecção.

4 c) irradiação condução convecção condução. d) convecção convecção condução irradiação. e) reflexão irradiação convecção - condução. 12. (Pucmg 2006) 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. 13. (Unirio 2000) A figura anterior representa um corte transversal numa garrafa térmica hermeticamente fechada. Ela é constituída por duas paredes. A parede interna é espalhada em suas duas faces e entre ela e a parede externa existe uma região com vácuo. Como se explica o fato que a temperatura de um fluido no interior da garrafa mantém-se quase que inalterada durante um longo período de tempo? a) A temperatura só permanecerá inalterada, se o líquido estiver com uma baixa temperatura. b) As faces espelhadas da parede interna impedem totalmente a propagação do calor por condução. c) Como a parede interna é duplamente espelhada, ela reflete o calor que chega por irradiação, e a região de vácuo evita a propagação do calor através da condução e convecção. d) Devido à existência de vácuo entre as paredes, o líquido não perde calor para o ambiente através de radiação eletromagnética. e) Qualquer material plástico é um isolante térmico perfeito, impedindo, portanto, toda e qualquer propagação de calor através dele. objeto: parede dupla de vidro (com vácuo entre as duas partes), superfícies interna e externa espelhadas, tampa de material isolante térmico e revestimento externo protetor. A garrafa térmica mantém a temperatura de seu conteúdo praticamente constante por algum tempo. Isso ocorre porque a) as trocas de calor com o meio externo por radiação e condução são reduzidas devido ao vácuo entre as paredes e as trocas de calor por convecção são reduzidas devido às superfícies espelhadas. b) as trocas de calor com o meio externo por condução e convecção são reduzidas devido às superfícies espelhadas e as trocas de calor por radiação são reduzidas devido ao vácuo entre as paredes. c) as trocas de calor com o meio externo por radiação e condução são reduzidas pelas superfícies espelhadas e as trocas de calor por convecção são reduzidas devido ao vácuo entre as paredes. d) as trocas de calor com o meio externo por condução e convecção são reduzidas devido ao vácuo entre as paredes e as trocas de calor por radiação são reduzidas pelas superfícies espelhadas. 14. (Ufrn 1999) A figura adiante, que representa, esquematicamente, um corte transversal de uma garrafa térmica, mostra as principais características do

5 Gabarito: Resposta da questão 1: [D] [I] Convecção. Nas antigas geladeiras, as prateleiras são grades vazadas para que o ar frio (mais denso), desça, enquanto o ar quente (menos denso) suba. Nas modernas geladeiras, existe o dispositivo que injeta ar frio em cada compartimento, não mais necessitando de grades vazadas. [II] Radiação. Esse processo se dá através da propagação de ondas eletromagnéticas, não havendo movimento de massa, ocorrendo, portanto, também no vácuo. [III] Condução. Na verdade, condução e convecção que são os processos que movimentam massa. Resposta da questão 2: [E] 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 da questão 3: A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente. Resposta da questão 4: [E] Da simples análise da tabela, devemos escolher o material de maior condutividade térmica e maior razão entre absorbância e emitância. Resposta da questão 5: [E] Aumentando-se o fluxo, aumenta-se a velocidade da água, diminuindo o tempo de contato entre a água e o resistor do chuveiro, havendo menor transferência de calor do resistor para a água, que sai à menor temperatura. Comentário: o objeto instalado no chuveiro para dissipar calor chama-se resistor. Resistência é grandeza física que mede a dificuldade que o resistor oferece à passagem das partículas portadoras de carga, no caso, elétrons. Resposta da questão 6: Resolução Os processos de condução e convecção dependem de substância. O único processo que independe de substância é a radiação (ou irradiação). Resposta da questão 7: [D] Se a superfície participa com 50% os outros 50% estão associados à atmosfera, o que invalida a alternativa A e a alternativa B. A atmosfera absorve 20% e não 70%. A irradiação de energia a partir da superfície é de apenas 6%. Resposta da questão 8: [A] O ar que está sobre o solo resfria-se mais do que o ar que está sobre o mar criando um zona de alta pressão em terra e baixa pressão sobre o mar. A opção menos ruim é a da letra A. Resposta da questão 9: = 28. Justificando as proposições incorretas: [01] Incorreta. Na radiação, a frequência das ondas eletromagnéticas está na faixa do infravermelho. [02] Incorreta. As micro-ondas não ondas de calor. A energia absorvida (por ressonância) pelas moléculas de água do alimento é que se transforma em energia térmica, aquecendo-o. [04] Correta. De acordo com a lei de Fourrier, o fluxo de calor através de um sólido depende do material, da área de secção transversal de fluxo e do comprimento do sólido na direção do fluxo. [08] Correta. [16] Correta. [32] Incorreta. A fonte de calor deve estar preferencialmente localizada na região inferior desse fluido para haver formação da corrente convectiva. Resposta da questão 10: A propagação do calor pode ocorrer devido a três processos: Condução: dá-se molécula a molécula. Convecção: dá-se através das correntes convectivas,

6 que são movimentos de massa fluida causadas pela diferença de densidades entre as porções do fluido, devido a diferentes temperaturas. Obviamente, não ocorre nos sólidos. Irradiação: dá-se através de ondas eletromagnéticas. É o único processo que ocorre no vácuo. Resposta da questão 11: As paredes espelhadas refletem ondas eletromagnéticas evitando propagação por radiação, as paredes são más condutoras de calor para evitar e propagação por condução e, finalmente, o vácuo entre as paredes impede a propagação por convecção e condução. Resposta da questão 12: [B] Resposta da questão 13: Resposta da questão 14: [D]