Física E Intensivo V. 1

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1 Intensivo V. Exercícios 0) V V F F F I. Verdadeira. II. Verdadeira. III. Falsa. Calor é a energia térmica em trânsito, e temperatura é agitação molecular. IV. Falsa. Um corpo, ao receber ou perder calor, também pode mudar de estado fisico, por isso nem sempre varia de temperatura. V. Falsa. Calor é energia, logo é medido em joules no sistema internacional. 07) B Criando a relação entre as escalas, temos: 0) E 03) A Se os corpos de ferro e de alumínio aumentaram de temperatura, receberam calor do corpo de cobre, assim podemos concluir que o corpo de cobre reduziu sua temperatura ao fornecer calor para os demais. A medida da temperatura corporal acontece de forma exata, quando o termômetro e o corpo estão em equilíbrio térmico, ou seja, em mesma temperatura. Porém, para que o equilíbrio ocorra, o processo de troca de calor leva certo tempo. 08) B Então: x x 0 50, x o X Podemos verificar que o ponto de fusão do gelo (0 o C) é equivalente a 40 o na escala W. Para encontrar o ponto de ebulição, vamos achar a relação entre W e C. 04) B 05) D 06) B Escala centígrada é toda escala em que a diferença entre o ponto de fusão e o ponto de vaporização vale 00 o. Logo, as principais escalas centígradas são Celsius e Kelvin. Portanto, no caso dos telejornais, estão se referindo à escala Celsius. C 5 F 3, logo F 3, então: F 3 F. 9 Então: W+ 40 C 0. Logo, W Simplificando: W W , 3 3 então W 0 o W. 09) a) T C o C b) T T C F 30 T F T F 54 o F c) T T C K T 5 5 K 30 K

2 0) 8 0. Incorreta. O calor se propaga por radiação na ausência de matéria, mas a frequência do calor está na faixa do infravermelho. 0. Incorreta. O alimento, no forno micro-ondas, absorve a micro-onda, entrando em ressonância com esta. Logo, o aquecimento do alimento acontece através da ressonância, e não da micro-onda. 04. Correta. Observando a lei de Fourier, temos: φ K. A. T, em que A é a área do sólido, e é a e espessura do sólido e K é o coeficiente de condutividade térmica do material. 08. Correta. A condução térmica acontece pela interação dos átomos, ou moléculas, sem o deslocamento destas. Na convecção, a energia é transferida através do deslocamento das moléculas. A radiação ocorre principalmente no vácuo por meio de ondas eletromagnéticas. 6. Correta. As paredes adiabáticas na garrafa térmica, ou vaso de Dewar, têm a função de evitar a troca de calor do meio interno com o meio externo. 3. Incorreta. A fonte de aquecimento deve estar na parte inferior do fluido devido à baixa densidade, como consequência, tende ao movimento de subida por convecção. ) B ) B 3) D A condutividade térmica dos metais é maior que da madeira. As radiações solares diretas (radiações de luz visíveis) não são filtradas pelas lonas plásticas transparentes, atravessando-as com facilidade. Isso acontece quando a luz solar nos aquece dentro de casa, mesmo quando as janelas estão fechadas ou quando estamos dentro do carro sob o sol. Essa luz solar carrega em si grande quantidade de energia, capaz de ser transmitida para o interior da estufa. Esse processo de condução de calor é conhecido como irradiação. A facilidade que a radiação direta tem em atravessar a superfície das lonas transparentes não se repete para a parcela de energia refletida. A lona tem uma grande capacidade de "prender" esse calor (radiações infravermelhas). Por isso o interior fica mais quente que o exterior. O efeito estufa e as "ilhas de calor" causam o aumento da temperatura local, impondo a necessidade de maior 4) C 5) D refrigeração, tanto em indústrias cujas máquinas devem operar em certas faixas de temperatura quanto em residências, a fim de garantir conforto térmico aos seus habitantes. Logo, haverá aumento do consumo de energia elétrica. a) Incorreta. O calor sempre se move de um corpo com temperatura maior para outro com temperatura menor. Além disso, durante o fenômeno de radiação, o calor é transmitido de um local para outro sem necessitar de matéria para a sua transferência. b) Incorreta. O calor sempre se move de um corpo com temperatura maior para outro com temperatura menor. Nesse caso, o corpo com maior temperatura é o processador. c) Correta. O calor deve ser compreendido como uma quantidade de energia transferida de um corpo com temperatura maior para outro com temperatura menor. Dessa forma, o calor é transmitido do processador para as placas difusoras, através do fenômeno de condução. d) Incorreta. Na Física, dizer que um corpo está mais frio que outro significa dizer que um corpo possui menor quantidade de calor que outro. Dessa forma, o termo "frio" não está diretamente relacionado a uma quantidade de energia que se desloca de um corpo para outro. e) Incorreta. Idem resposta da alternativa d. A maneira mais comum na qual a inversão de superfície se forma é através do ar gelado perto do chão à noite. Quando o sol se põe, o chão perde calor muito rápido, o que esquenta o ar que está em contato com ele. Entretanto, como não é bom condutor de calor, o ar logo acima da superfície continua quente. Condições que favorecem o desenvolvimento de fortes inversões de superfície são ventos calmos, céu claro e longas noites. Ventos calmos impedem o ar quente acima da superfície de se misturar com o do chão, e céus limpos aumentam a taxa de resfriamento da superfície terrestre. Noites longas permitem que o ar gelado no chão continue assim por um longo período, resultando em uma diminuição maior da temperatura da superfície. Já que as noites de inverno são muito mais longas que as de verão, a inversão térmica é mais forte e comum nos meses de inverno. Uma forte inversão implica uma substancial diferença entre o ar gelado da superfície e o ar quente acima dela. Durante o dia, as inversões térmicas tendem a se tornar fracas e normalmente desaparecem. Entretanto, sob certas condições meteorológicas, como uma alta pressão sobre a área, essas inversões podem se estender por vários dias.

3 6) 7 7) D 8) B Q t cal/ C C B Q t C B C B 0 cal/ C 0. Correta. 0. Correta. 04. Incorreta. Para se determinar qual dos objetos é constituído por substância de maior calor específico, é necessário conhecer suas massas. Porém, o enunciado não forneceu a massa dos corpos. 08. Correta. 6. Correta. m A. c A c A c A 0, cal/g C Q m. c. Δθ Q Δθ m. c Sofre maior elevação de temperatura a substância que possui menor calor específico, no caso o mercúrio. 0) C ) C ) C Como podemos observar, a substância inicia no estado sólido, então temos que: AB (calor sensível sólido), BC (calor latente fusão), CD (calor sensível líquido), DE (calor latente vaporização) e EF(calor sensível gasoso). I. Falsa. A pressão do ponto triplo vale 0,8 atm. II. Verdadeira. Se a pressão foi 0,4 atm e a temperatura 5 o C, a substância está no estado gasoso. III. Verdadeira. IV. Falsa. Sofre liquefação/condensação. V. Falsa. O processo de compressão isotérmica. Nesse caso, a substância é chamada de vapor, e não gás. Comentário Q A + Q B 0 m. c G. ΔT + m. L f + m. c. ΔT + m. c. ΔT , (T 0) (T 50) T + 90T T 3650 T 36,5 C 3) 39 p região I sólido região II líq. A vapor região III gás Q Hg + Q Hg 0 m. c. T + m. c. T 0 0. c. (T 30) + 0. c. (T 0) 0 0 T T ) D 30 T 700 T 90 o C P. triplo P. crítico 0. Verdadeiro. 0. Verdadeiro. 04. Verdadeiro. 08. Falso. Ponto triplo. 6. Falso. 3. Verdadeiro. T Calculando o calor específico: Q c m. T ( ) ,0 cal/g o C Calculando a capacidade térmica: C ( ) 0,0 cal/g o C 000 4) 50 g A quantidade de calor fornecida pela água é: Q m. c. T Q 400..,5 Q cal Com cal podemos aquecer o gelo até o ponto de fusão e derreter parte dos 00 g. Veja: 3

4 5) B 6) C 7) A 8) E 9) D Q m. c. T Q 00. 0,5. (0 ( 0) Q.000 cal Q m. L m. 80 m 50 g Q m. c. T c. (5 ( 0)) c c 0,5 cal g Q m. L L L 0 cal g t vaporização 35 o C I. Verdadeira. Caso ocorra a redução de temperatura do ambiente, o fio sofrerá contração, com o risco de rompimento. II. Falsa. A distância entre os fios é uma medida de precaução. III. Verdadeira. IV. Falsa. Existe a relação, pois quando um corpo varia sua temperatura, sofre dilatação térmica, variando seu comprimento. Observe que o coeficiente de dilatação linear do alumínio é maior que o do cobre. Assim, o alumínio se dilata mais que o cobre, então a de baixo deve ser de alumínio e a de cima, de cobre. Portanto, se você as submeter à mesma variação de temperatura, o sistema vai curvar-se para o lado da barra de menor coeficiente de dilatação quando esta for aquecida e para o lado da barra de maior coeficiente de dilatação quando esta for resfriada. Como o coeficiente de dilatação térmica do alumínio é o dobro do coeficiente de dilatação do concreto, podemos afimar que a variação da área do alumínio será o dobro da variação da área do concreto, se forem submetidos à mesma variação de temperatura e possuírem dimensões inicias iguais. Temos que a área inicial vale: A 0 π. r 3,4. 3,4 m Aplicando a equação de dilatação superficial, temos: A A 0 ( + β. ΔT) 3,4. ( ) A 3,4. ( + 0,004840) A 3,4., ,55 m 30) 0 3) B 3) D 33) E 34) B 35) D 36) A 0. Falsa. A água não se dilata antes, dilata-se ao mesmo tempo que a panela. 0. Verdadeira. 04. Falsa. O coeficiente de dilatação da água determina o transbordamento. 08. Falsa. A panela se dilata menos, pois possui menor coeficiente de dilatação térmica. 6. Falsa. A água transborda porque seu coeficiente de dilatação é maior que o da panela. Já o seu volume diminui ao ser aquecido entre 0 o C e 4 o C. A dilatação real do líquido é dada por: V líquido V recipiente + V aparente V final líq V final rec V + V V + V 0líq líq 0rec rec V 0 + V V V , V V 0 9,7 ml Expressão da densidade: densidade massa/volume. Como a massa de água é a mesma, no caso, m g, a densidade é inversamente proporcional ao volume, ou seja, à temperatura em que o volume é mínimo (4 o C) a densidade é máxima. O gás ideal é aquele que é submetido a altas temperaturas e baixas pressões. V 4 L p,9 atm T 57 o C 90 K 4

5 37) B 38) D 39) D p. V n. R. T,9. 4 n. 0, n 5 mols mol 6, mols x x 3,. 0 4 moléculas pv pv T T P. V P. 3V T 09, T P 0,3P Aplicando a equação geral de transformações gasosas, na transformação isotérmica temos: p A pb, logo 6 p B, assim concluímos que p B VA V 4 B,5 atm. Se temos uma isoterma, então: p A V A p X V X V X V X 4 L 4) 0 4) B 43) D 44) B 45) A 0. Falsa. A pressão se mantém constante. 0. Verdadeira. O volume aumentará, pois a temperatura aumentou. 04. Falsa. A temperatura mudou E c 3 KT. 3RT 08. Verdadeira. V. Se T aumentou V aumenta. mol 6. Falsa. p constante. T 7 o C 300 K p T 7 o C 400 K p p. V p. V p p T T p 3 p Q > 0: sistema absorve calor Q < 0: sistema cede calor Calculando o trabalho do gás, temos: W p. ΔV J Aplicando a ª lei da termodinâmica, temos: ΔU Q W, logo ΔU J 40) C I. Verdadeira. II. Verdadeira. III. Verdadeira. IV. Verdadeira. Além disso, o gás não troca calor com o meio externo. Área W b. h W joules 5

6 46) A 47) B 48) A A alternativa I. Correta: porque o produto p. V é diretamente proporcional à temperatura (lei geral dos gases ideais). Como no início o produto era P o.3v o, e no final P o. V o, a temperatura diminuiu. A alternativa II. Incorreta: porque o volume da amostra de gás diminui, nesse caso o trabalho foi realizado sobre o gás (trabalho negativo). A alternativa III. Incorreta: pois numa transformação adiabática, ao diminuir a temperatura (alternativa I) o volume necessariamente aumenta (o que não acontece na transformação). Além disso, a transformação adiabática é uma curva e não uma reta entre duas isotermas. V cte V 0 W 0 Q + U W U 550 J Q 3000 J n 4 Isotérmica U 0 Q W W W 3000 J 49) 0 50) D 5) D 0. Falsa. Q 0 W U 0. Falsa. 04. Verdadeira. 08. Falsa. Aumentará. 6. Verdadeira. U Q, pois W 0 V 0 (isovolumétrica) Temos, neste exercício, uma transformação cíclica, portanto ΔU 0, e o trabalho é determinado pela área interna da figura. Atenção: a pressão está em atm, mas no formulário temos: atm. 0 5 N/m W A W b. h W W. 0 5 J 5) Falsa. Numa transformação isotérmica, a variação da energia interna (ΔU) é nula. Logo, o calor (Q) recebido é transformado integralmente em trabalho (W), como indica a primeira lei da termodinâmica (Q W). 0. Verdadeira. W AB p AB. ΔV AB , J,6 KJ 04. Verdadeira. Aplicando a lei geral dos gases ideais para os estados A e B: PB. VB PC. VC T T T T 60 K Lei geral dos gases ideais para os estados B e C: PB. VB PC. VC T T p C ( ) P c 9 p C 6,. 0 5 Pa. 08. Falsa. A temperatura final é igual à inicial, mas ao longo do ciclo há aquecimentos e resfriamentos. 6. Falsa. A transformação CD é uma expansão adiabática, pois V D > V C. 3. Verdadeira. A transformação EA é isocórica (W EA 0). Logo, Q ΔU. 53) Falso. η 00% 0. Verdadeiro. 04. Verdadeiro. Q W (isotérmica) positivo porque houve uma expansão 08. Falso. Transformações adiabáticas não trocam calor com o meio. 6. Falso. 54) C 55) D A máquina é uma máquina térmica ideal; mesmo sendo ideal, seu rendimento é o maior possível, ou seja, o maior aproveitamento que um motor térmico pode ter operando entre duas fontes de temperaturas diferentes. A transformação é adiabática, mas o trabalho é realizado sobre o gás. 6

7 56) D Q 00 cal Q 0 cal 57) 8 η Q Q 0 00 η 0,4 η 40% 0. Incorreta. A combustão e algumas fissões são processos naturais, porém, são irreversíveis. 0. Correta. O trabalho é a forma de energia útil de uma máquina térmica, logo, quanto menor a energia dissipada, maior o trabalho útil da máquina. 04. Incorreta. As máquinas do ciclo de Carnot, mesmo considerada uma máquina térmica ideal, em seu rendimento é inferior a 00%. 08. Incorreta. A expressão "morte do calor do universo", refere-se à falta de fontes de calor no universo. Existem algumas fontes de calor além de carvão, petróleo e gás, como por exemplo o sol. 6. Correta. O calor transita naturalmente dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. 3. Incorreta. A geladeira, considerada uma máquina frigorífica, recebe uma energia total (fonte fria), realiza um trabalho e rejeita uma quantidade de energia (fonte quente). Portanto, não viola a ª lei da termodinâmica. 64. Correta. 7