Tarefa 13 Professor Marengão

Transcrição

1 TAREFA 13 Tarefa 13 Professor Marengão 01. (Centro Universitário de Franca SP) O gráfico representa a variação da temperatura em função do tempo de uma amostra de 1,0 kg de água, ao receber uma certa quantidade de calor. Sendo 1,0 cal = 4 J e o calor específico da água 1,0 cal/(g ºC), desprezando a perda de calor para o meio ambiente, calcule a potência da fonte térmica que forneceu esta quantidade de calor a uma taxa constante. 02. (UERJ) 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. 6 A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores específicos é igual a. 5 Determine a massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: 03. (UERJ) Um trem com massa de 100 toneladas e velocidade de 72 km/h, é freado até parar. O trabalho realizado pelo trem, até atingir o repouso, produz energia suficiente para evaporar completamente uma massa x de água. (Utlize o teorema trabalho energia cinética). Sendo a temperatura inicial da água igual a 20 C, calcule, em kg, o valor de x. 04. (Escola Bahiana de Medicina e Saúde Pública) O alumínio, obtido a partir de compostos constituintes da bauxita, é utilizado na fabricação de embalagens para bebidas, tubos para cremes dentais e utensílios de cozinha, dentre outras aplicações. Esse elemento químico, apesar de ser tóxico, é normalmente excretado com facilidade pelo organismo. Pesquisas constataram que alimentos cozidos em panelas que contêm alumínio apresentam um teor desse elemento químico bem abaixo do limite recomendado pela Organização Mundial da Saúde, OMS, que é de 1,0 miligrama de alumínio por quilo de massa corporal do indivíduo, por semana. Átomos de alumínio presentes na superfície dos objetos metálicos reagem com o oxigênio do ar e formam uma camada protetora de óxido de alumínio, Al 2 O 3 (s). Considerando-se a densidade do ferro igual a 8,0g/cm 3 e a do alumínio igual a 3,0g/cm 3, o calor específico do ferro igual a 0,12cal/g C e o do alumínio igual a 0,24cal/g C, e supondo-se que as panelas de ferro e de alumínio têm o mesmo volume e que sofrem as mesmas variações de temperatura, pode-se afirmar que a razão entre a quantidade de calor liberada pela panela de ferro e a quantidade de calor liberada pela panela de alumínio é de, aproximadamente, 05. (IFPE) Um aluno do curso de Química do IFPE aquece certo material com o objetivo de obter sua capacidade térmica. Para isso utilizou uma fonte térmica de potência constante de 80 cal/s, um cronômetro e um termômetro graduado na escala Celsius obtendo o gráfico abaixo. Após análise do gráfico obtido, o aluno concluiu que a capacidade térmica do material vale:

2 Física Avaliação Produtiva 06. (PUC RS) Um corpo A, homogêneo, de massa 200 g, varia sua temperatura de 20 C para 50 C ao receber 1200 calorias de uma fonte térmica. Durante todo o aquecimento, o corpo A se mantém na fase sólida. Um outro corpo B, homogêneo, constituído da mesma substância do corpo A, tem o dobro da sua massa. Qual é, em cal/g C, o calor específico da substância de B? TAREFA (UnB DF) Um bloco de gelo de 40 g, a 10 C, é colocado em um recipiente contendo 120 g de água a 25 C. Qual é a temperatura de equilíbrio do sistema? Calor específico do gelo = 0,5 cal/g C Calor específico da água = 1 cal/g C Calor latente de solidificação da água = 80 cal/g C 02. (UFF RJ) Dispondo de dois calorímetros de capacidades térmicas desprezíveis, um estudante, que se propõe a realizar uma experiência, coloca 200 g de água a 27,0 C em cada um dos calorímetros. Adiciona ao primeiro calorímetro 10,0 g de gelo a zero grau Celsius, e ao segundo, 10,0 g de água a zero grau Celsius. Depois de algum tempo, mede a temperatura de equilíbrio de cada calorímetro. Calcule os valores medidos. Dados:Calor latente de fusão do gelo = 80,0 cal/g Calor específico do gelo = 0,500 cal/g C Calor específico da água = 1,00 cal/g C 03. (UnB DF) Um bloco está a uma temperatura de 90 C. O bloco é, então, colocado dentro de um recipiente metálico que contém 70 g de água a uma temperatura de 20 C. A temperatura de equilíbrio térmico é de 32 C. Encontre o calor específico do bloco. Dados: massa do bloco = 50g massa do recipiente = 50g Calor específico da água = 1cal/gºC Calor específico do recipiente = 0,1 cal/gºc. 04. (UFF RJ) Uma amostra metálica é submetida a um tratamento térmico, à pressão constante, no qual a variação da temperatura com o tempo pode ser aproximadamente representada pelo gráfico x t: Durante todo o processo as perdas de calor da amostra são desprezíveis e a taxa de aquecimento mantémse constante. Dados da amostra: massa = 30g; calor específico = 0,20 cal/g C (valor médio sob pressão constante e temperatura entre 0 C e 600 C ); calor latente de fusão = 90 cal/g Determine: a) a potência, em cal/min, fornecida pelo sistema de aquecimento à amostra; b) a fração da amostra que fundiu até o instante t = 30 min; c) o instante t, a partir do qual, mantidas as condições da experiência, a temperatura da amostra voltará a subir. 05. (PUC RJ) O gráfico abaixo mostra o calor absorvido por uma substância de massa 100 g e sua respectiva temperatura. Inicialmente ela se encontra no estado sólido à temperatura de 0 C Q(cal) o T( C) Quais são, respectivamente, o calor latente de fusão e o calor espeífico da fase líquida desta substância? 2

3 Exercícios Complementares 06. O diagrama abaixo representa a temperatura de 30 gramas de um líquido, inicialmente a 0 C, em função do calor por ele absorvido (ºC) a) Qual a temperatura de ebulição do líquido? b) Qual é seu calor específico na fase gasosa? TAREFA 15 Q (cal) 01. (UFU MG) Uma montagem experimental foi feita com o propósito de determinar a pressão no interior de uma lâmpada fluorescente do tipo não compacta, ou seja, com formato cilíndrico. Para isso, o lacre metálico de uma das extremidades da lâmpada foi totalmente mergulhado na água de um recipiente e, então, rompido. Conforme representado no esquema a seguir, a água entrou pela abertura do lacre quebrado e subiu pela lâmpada, devido à baixa pressão em seu interior. Considere que a lâmpada empregada possui 1,20 m de comprimento, seu diâmetro é de 4 cm, a água atingiu a altura de 1,19 cm e que esse experimento foi realizado em um local onde a pressão atmosférica é igual a 700 mmhg. Ao realizar tal procedimento experimental, um estudante percebeu que a água, após ter preenchido quase totalmente a lâmpada, começou a entrar em ebulição, desprendendo algumas bolhas. Nesse instante, o aluno verificou em um termômetro que a temperatura no ambiente era de 21ºC. Intrigado, tocou o tubo da lâmpada para perceber se ele estava quente, porém, não estava. Explique por que a água entrou em ebulição conforme o cenário descrito. 02. (UFU MG) O gráfico abaixo representa a pressão em função da temperatura para uma amostra de um determinado gás. Nas condições indicadas pelo ponto A, tal amostra coexiste em estado sólido, líquido e gasoso. Considere que esta mesma amostra seja submetida a três situações: Situação A: temperatura de 209 C e pressão de 12 cmhg. Situação B: temperatura de 100 C e pressão de 10 cmhg. Situação C: temperatura de 240 C e pressão de 5 cmhg. Nas situações A, B e C, quais os estados físicos em que se encontra a amostra, respectivamente? 03. (UNIFOR CE) Considere o diagrama de estado de uma substância e as afirmações que seguem. 3

4 Física Avaliação Produtiva I. No ponto T, representado no diagrama, a substância pode simultaneamente apresentar-se nas fases sólida, líquida e gasosa. II. Se a substância for aquecida, sob pressão constante de 60 cm Hg, desde a temperatura de 40ºC até chegar a 90 C, ela sofrerá duas mudanças de fase. III. Somente pode ocorrer a sublimação dessa substância se t < 40 C e p < 40 cmhg. Está correto o que se afirma em a) II, somente. b) I e II, somente. c) I e III, somente. d) II e III, somente. e) I, II e III. 04. (UFRN) Preocupado com a inclusão dos aspectos experimentais da Física no programa do Processo Seletivo da UFRN, professor Samuel Rugoso quis testar a capacidade de seus alunos de prever os resultados de uma experiência por ele imaginada. Apresentou-lhes a seguinte situação: Num local, ao nível do mar, coloca-se um frasco de vidro (resistente ao fogo) com água até a metade, sobre o fogo, até a água ferver. Em seguida, o frasco é retirado da chama e tampado com uma rolha que lhe permite ficar com a boca para baixo sem que a água vaze. Espera-se um certo tempo até que a água pare de ferver. O professor Rugoso formulou, então, a seguinte hipótese: Se prosseguirmos com a experiência, derramando água fervendo sobre o frasco, a água contida no mesmo não ferverá; mas, se, ao invés disso, derramarmos água gelada, a água de dentro do frasco ferverá (ver ilustração abaixo). A hipótese do professor Rugoso é a) correta, pois o resfriamento do frasco reduzirá a pressão em seu interior, permitindo, em princípio, que a água ferva a uma temperatura inferior a cem graus centígrados. b) errada, pois, com o resfriamento do frasco, a água não ferverá, porque, em princípio, haverá uma violação da lei de conservação da energia. c) correta, pois a entropia do sistema ficará oscilando, como é previsto pela segunda lei da termodinâmica. d) errada, pois o processo acima descrito é isobárico, o que torna impossível a redução da temperatura de ebulição da água. 4

5 Exercícios Complementares 05. (UECE) A humanidade acaba de chegar ao meio de um caminho considerado sem volta rumo a mudanças climáticas de grande impacto. Um estudo divulgado pelo serviço britânico de meteorologia mostrou que a temperatura média da Terra teve um aumento de 1,02 ºC no período correspondente ao início da Revolução Industrial até os dias atuais. É a primeira vez que se registra um aumento dessa magnitude e se rompe o patamar de 1 ºC, um flagrante desequilíbrio no planeta. A fonte predominante e a forma de transmissão dessa energia térmica que chega à Terra é, respectivamente, a) o sol e a convecção. b) o efeito estufa e a irradiação. c) o efeito estufa e a circulação atmosférica. d) o sol e a irradiação. 06. (UNEMAT MT) No início do processo de cozimento de alimentos, observa-se o deslocamento da água no interior da panela, que ocorre devido ao empuxo, em que o líquido se desloca conforme a sua densidade. Desta forma, a água quente sobe e a água fria desce, efetuando a troca de calor no líquido. Assinale a alternativa que se refere a este processo de troca de calor. a) Radiação. b) Contato. c) Convecção. d) Atrito. e) Deslocamento. TAREFA (UNICAMP SP) 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, quais os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente? 02. (FGV) A água de uma piscina tem 2,0 m de profundidade e superfície com 50 m 2 de área. Se a intensidade da radiação solar absorvida pela água dessa piscina for igual a 800 W/m 2, calcule o tempo, em horas, para a temperatura da água subir de 20 C para 22 C, por efeito dessa radiação. Dados: densidade da água = 1 g/cm 3 ; calor específico da água = 1 cal/gºc; 1 cal = 4 J. 03. (FUVEST SP) Um contêiner com equipamentos científicos é mantido em uma estação de pesquisa na Antártida. Ele é feito com material de boa isolação térmica e é possível, com um pequeno aquecedor elétrico, manter sua temperatura interna constante, T i = 20 C, quando a temperatura externa é T e = 40 C. As paredes, o piso e o teto do contêiner têm a mesma espessura, = 26 cm, e são de um mesmo material, de condutividade térmica k = 0,05 J/(s.m. C). Suas dimensões internas são 2 x 3 x 4 m 3. Para essas condições, determine a) a área A da superfície interna total do contêiner; b) a potência P do aquecedor, considerando ser ele a única fonte de calor; c) a energia E, em kwh, consumida pelo aquecedor em um dia. Note e adote: A quantidade de calor por unidade de tempo ( ) que flui através de um material de área A, espessura e condutividade térmica k, com diferença de temperatura T entre as faces do material, é dada por: = ka T/ 04. (UFT TO) Uma sala de estúdio é mantida à temperatura de 20 ºC e se encontra separada de uma sala vizinha, à temperatura ambiente de 30 ºC, por uma janela retangular de vidro, de 8,0 mm de espessura, 1,0 m de altura por 1,5 m de largura. Sabendo que a condutividade térmica do vidro é 0,80 W/m.K, qual é, aproximadamente, o total de calorias transmitidas pela janela, após 4,2 minutos? 05. (UFG GO) O corpo humano consegue adaptar-se a diferentes temperaturas externas, mantendo sua temperatura aproximadamente constante em 37 C por meio da produção de energia por processos metabólicos e trocas de calor com o ambiente. Em uma situação típica, em que um indivíduo esteja em repouso em um ambiente a 25 C, ele libera calor para o ambiente por condução térmica a uma taxa de 15 J/s e por evaporação de água por meio da pele a uma taxa de 60 kj/hora. 5

6 Física Avaliação Produtiva Considerando o exposto, calcule: a) a quantidade de água, em ml, que o indivíduo deve ingerir para compensar a perda por evaporação em duas horas. b) a espessura média da pele do indivíduo, considerando a área total da superfície da sua pele igual a 1,5 m 2 e a condutibilidade térmica (k) da mesma igual a 2 x 10 3 W m 1 C 1. Dados: Calor latente de evaporação da água à 37 C: L = 2400 kj/kg Densidade da água: d = 1 kg/litro 06. (ACAFE SC) Uma dona de casa preparou uma sopa para seu neto que estava doente. Pegou um prato e encheu com sopa, esperando que o neto viesse para a mesa. Após alguns minutos o rapaz sentou-se e começou a comer. No entanto, quando pegou a colher de alumínio que estava dentro da sopa sentiu que ela estava mais quente que o fundo do prato de vidro. Lembrando-se das suas aulas de física fez algumas reflexões. Analise as reflexões feitas pelo rapaz a luz dos conhecimentos da física. I. A colher de alumínio tem maior condutividade térmica que o prato de vidro. II. Para esfriar a sopa mais rapidamente posso soprar o vapor que sai dela por evaporação para longe, assim, facilito esse processo de vaporização. III. Se eu levantar o prato e colocar a mão abaixo da sua base sem tocá-lo, vou sentir o calor por irradiação. IV. Quanto mais próxima a temperatura do cabo da colher com a temperatura da sopa maior será o fluxo de calor através da colher. V. A transmissão do calor que se dá da sopa para o prato é por convecção. Todas as afirmações corretas estão nos itens: a) I - IV - V b) I - II - III c) II - III - IV d) III - IV - V 6