Lista Transmissão de Calor DUDU

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1 Lista Transmissão de Calor DUDU 1. (Upe-ssa 016) É muito comum o amplo uso de aparelhos de ar-condicionado durante o verão intenso do Recife. Nessa cidade, uma residência possui uma parede de área 40 m e espessura 0 cm, separando o ambiente interior do exterior. Se a temperatura externa é de interna igual a parede separadora? 33 C e deseja-se manter a 3 C, qual será o gasto por hora de aparelho ligado, considerando-se, apenas, essa 3 Dados: A condutividade térmica da parede é igual a 1,5 10 kw (mk), e o custo da energia elétrica em kwh é de R$ 0,60. a) R$ 0,30. b) R$ 0,90. c) R$ 1,0. d) R$ 1,50. e) R$,50.. (Pucpr 016) Uma forma de gelo com água a 5 C é colocada num freezer de uma geladeira para formar gelo. O freezer está no nível de congelamento mínimo, cuja temperatura corresponde a 18 C. As etapas do processo de trocas de calor e de mudança de estado da substância água podem ser identificadas num gráfico da temperatura X quantidade de calor cedida. Qual dos gráficos a seguir mostra, corretamente (sem considerar a escala), as etapas de mudança de fase da água e de seu resfriamento para uma atmosfera? a) b) c)

2 d) e) 3. (G1 - cftmg 016) Analise as afirmações a seguir e assinale (V) para as verdadeiras ou (F) para as falsas. ( ) Ao segurar um corrimão de madeira e outro de metal, ambos à mesma temperatura, tem-se a sensação de que a madeira está mais quente porque ela conduz melhor o calor. ( ) Uma geladeira funcionando dentro de uma cozinha, sempre causará o aquecimento do ambiente. ( ) Considere dois materiais diferentes, de mesma massa e à mesma temperatura. Para que eles sejam aquecidos até atingirem uma mesma temperatura final, a quantidade de calor necessária será a mesma. ( ) Considere dois materiais iguais, de volumes diferentes e à mesma temperatura. Para que eles sejam aquecidos até atingirem uma mesma temperatura final, a quantidade de calor necessária será a mesma. A sequência correta encontrada é a) F, F, V, V. b) V, V, F, F. c) F, V, F, F. d) V, F, F, V. 4. (G1 - ifsul 016) Analise cada uma das afirmativas abaixo, indicando, nos parênteses, se é verdadeira ou falsa, de acordo com o estudo da Calorimetria. ( ) A temperatura de 104 F corresponde a 40 C. ( ) A dilatação real de um líquido, quando aquecido, representa a dilatação do frasco mais a dilatação aparente do líquido. ( ) A transmissão de calor por convecção promove o movimento das camadas de um líquido ou de ar, sendo que as camadas frias sobem e as camadas quentes descem, devido à diferença de densidade entre elas. ( ) A mudança de fase ocorre sempre que,sob pressão constante, uma substância pura receba ou ceda calor, sem que ocorra variação de temperatura. ( ) A dilatação de uma certa massa de gás perfeito, que sofre uma transformação isobárica, faz com que um aumento de temperatura sobre esse gás provoque um aumento em seu volume. A sequência correta, de cima para baixo, é a) V - V - F - F - V. b) V - V - F - V - V. c) V - F - F - V - V.

3 d) V - F - V - F - V. 5. (Unesp 016) O topo da montanha é gelado porque o ar quente da base da montanha, regiões baixas, vai esfriando à medida que sobe. Ao subir, o ar quente fica sujeito a pressões menores, o que o leva a se expandir rapidamente e, em seguida, a se resfriar, tornando a atmosfera no topo da montanha mais fria que a base. Além disso, o principal aquecedor da atmosfera é a própria superfície da Terra. Ao absorver energia radiante emitida pelo Sol, ela esquenta e emite ondas eletromagnéticas aquecendo o ar ao seu redor. E os raios solares que atingem as regiões altas das montanhas incidem em superfícies que absorvem quantidades menores de radiação, por serem inclinadas em comparação com as superfícies horizontais das regiões baixas. Em grandes altitudes, a quantidade de energia absorvida não é suficiente para aquecer o ar ao seu redor. ( Adaptado.) Segundo o texto e conhecimentos de física, o topo da montanha é mais frio que a base devido a) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e ao fato de o ar ser um bom condutor de calor, nãoretendo energia térmica e esfriando. b) à expansão adiabática sofrida pelo ar quando sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele. c) à redução da pressão atmosférica com a altitude e ao fato de as superfícies inclinadas das montanhas impedirem a circulação do ar ao seu redor, esfriando-o. d) à transformação isocórica pela qual passa o ar que sobe e à pouca irradiação recebida da superfície montanhosa próxima a ele. e) à expansão isotérmica sofrida pelo ar quando sobe e à ausência do fenômeno da convecção que aqueceria o ar. 6. (Unicamp 016) 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.

4 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. 7. (Ufsm 015) Em 009, foi construído na Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das características físicas desse material é sua condutividade térmica relativamente baixa, igual a 6 W / (m C). A figura a seguir mostra como a temperatura varia através da parede do prédio. Qual é o valor, em a) 15. b) 800. c) 100. d) 400. e) W / m, do módulo do fluxo de calor por unidade de área que atravessa a parede? 8. (Ufsm 015) Um dos métodos de obtenção de sal consiste em armazenar água do mar em grandes tanques abertos, de modo que a exposição ao sol promova a evaporação da água e o resíduo restante contendo sal possa ser, finalmente, processado. A respeito do processo de evaporação da água, analise as afirmações a seguir. I. A água do tanque evapora porque sua temperatura alcança 100 C. II. Ao absorver radiação solar, a energia cinética de algumas moléculas de água aumenta, e parte delas escapa para a atmosfera. III. Durante o processo, linhas de convecção se formam no tanque, garantindo a continuidade do processo até que toda a água seja evaporada. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) I, II e III. 9. (Fuvest 014) 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, Ti 0 C, quando a temperatura externa é Te 40 C. As paredes, o piso e o teto do contêiner têm a mesma espessura, ε 6 cm, e são de um

5 mesmo material, de condutividade térmica k 0,05 J / (s m C). Suas dimensões internas são m. 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 ( Φ ) que flui através de um material de área A, espessura ε k, com diferença de temperatura Δ T entre as faces do material, é dada por: Φ kaδt / ε. 10. (Ufg 014) 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 5 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. Considerando o exposto, calcule: a) a quantidade de água, em m, 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 ,5 m e a condutibilidade térmica (k) da mesma igual a 10 W m C. Dados: Calor latente de evaporação da água à 37 C : 400 kj / kg Densidade da água: d 1 kg / litro 11. (Ufsc 013) 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. 0) 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 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. 3) 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. 1. (Ufg 013) 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;

6 b) a espessura da caixa de isopor. Utilize o coeficiente de transmissão de calor do isopor W/m/ C. Dados: 1 cal ~ 4,0 J calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 4,0 10 Gabarito: Resposta da questão 1: [D] A quantidade de calor cedida para o exterior é: 3 k A ΔθΔT 1, Q Q,5kWh. e 0, O gasto será: G,5 0,60 G R$1,50. Resposta da questão : [A] Para esta questão, vale lembrar que existem dois tipos de calor: sensível e latente. O calor sensível é aquele fornecido a algum material de forma a variar a sua temperatura. Já o calor latente é o calor fornecido a um material para que ocorra a mudança de estado físico do material. Durante esta etapa de mudança de estado, não há variação de temperatura. Diante disto, fica fácil observar que a resposta correta é o gráfico mostrado na alternativa [A]. No primeiro momento, a água é resfriada até uma temperatura de 0 C. Após isto, passa pela etapa de solidificação, onde a temperatura permanece constante. Por fim, o gelo continua a resfriar até que atinja o equilíbrio térmico com a temperatura do freezer ( 18 C). Resposta da questão 3: [C] [F] O metal parece mais frio porque têm maior condutividade térmica, roubando mais rapidamente calor das mãos. [V] Considerando que a cozinha seja bem isolada termicamente, para que não se perca o calor gerado pela dissipação de energia elétrica no motor. [F] Q C Δθ Q mc Δθ. Depende da capacidade térmica (C). Se as massas (m) são iguais, o material de maior calor específico (c) tem maior capacidade térmica (C maior quantidade de calor (Q). m c), necessitando de [F] Q C Δθ Q mc Δθ. Depende da capacidade térmica (C). Se os materiais são iguais, os calores específicos são iguais. O corpo de maior volume possui maior massa (m), tendo maior capacidade térmica (C m c), necessitando de maior quantidade de calor (Q). Resposta da questão 4: [B]

7 θ [V] C θf 3 θc θc 7 θc 40 C [V] Quando o líquido aquece o frasco também aquece. Então, a dilatação real é maior do que a aparente. [F] A transmissão de calor por convecção promove o movimento das camadas de um líquido ou de ar, sendo que as camadas frias descem e as camadas quentes sobem, devido à diferença de densidade entre elas. [V] De acordo com as leis específicas, a temperatura de mudança de fase de uma substância é constante para cada pressão. Todo calor recebido ou cedido nessa transformação é usado para mudança de fase. [V] O aumento de temperatura provoca aumento na energia cinética média as moléculas. Para que não haja aumento de pressão, o gás expande aumentando o volume. Resposta da questão 5: [B] De acordo com o texto, o ar, ao subir, fica sujeito a menores pressões, expandindo sem troca de calor (expansão adiabática). Nessa expansão, esse ar sofre resfriamento. Além disso, as encostas íngremes das montanhas recebem os raios solares de forma muito inclinada absorvendo pouco radiação, não aquecendo o ar atmosférico ao redor. São esses os fatores preponderantes para a formação de gelo no topo de altas montanhas. Resposta da questão 6: [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 7: [D] De acordo com a equação de Fourier, o fluxo Φ por unidade de área (A) é: Φ k ΔT Φ 400 W/m. A Δx 0,5 0,15 0,1 A Resposta da questão 8: [B] Justificando as incorretas: [I] Incorreta. A evaporação é um processo de vaporização que ocorre abaixo da temperatura de ebulição. [II] Correta. [III] Incorreta. Não ocorre convecção porque a água quente, menos densa, está na superfície, não realizando movimento descendente. Resposta da questão 9: a) A área total é igual à soma das áreas das seis faces.

8 A A 5 m. b) Dados: k 510 J(s m C); ε 6cm 6 10 m; Ti 0C; Te 40 C. Para manter a temperatura constante, a potência do aquecedor deve compensar o fluxo de calor para o meio. Assim: P Φ k A ΔT ε 6 10 W P 0,6 kw. c) Da expressão da energia consumida: E P Δt 0,6 4 E 14,4 kwh. Resposta da questão 10: 10 a) Qágua Q evap ml 60 m m 0,05kg..400 Considerando a densidade da água: m 0,05 V 0,05 V 50m. ρ 1 b) Aplicando a equação de Fourier. 3 k A Δθ k A Δθ 10 1,5 1 3 φ e,4 10 m e,4mm. e k 15 Resposta da questão 11: = 8. Justificando as proposições incorretas: [01] Incorreta. Na radiação, a frequência das ondas eletromagnéticas está na faixa do infravermelho. [0] 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. [3] Incorreta. A fonte de calor deve estar preferencialmente localizada na região inferior desse fluido para haver formação da corrente convectiva. Resposta da questão 1: a) Dados: 1 cal = 4 J; L f = 80 cal/kg = 30 J/kg; m = 9 kg = kg; Calculando o fluxo ( ) : 4 t 10 h 3,6 10 s.

9 3 Q mlf t t 4 3, W. b) Dados: q 30C; k 410 W / ( mc). A área de fluxo (A) é a soma das áreas das faces da caixa: A 0,4 0,6 0,4 0,4 0,6 0,4 A 1,8 m. Aplicando a lei de Fourier, obtemos a espessura (e): k A k A ,8 30 e 0,019 m e 80 e 1,9 cm.