5.º Teste de Física e Química A 10.º A Abril 2013 90 minutos / Nome: n.º Classificação Professor.. GRUPO I As seis questões deste grupo são todas de escolha múltipla. Para cada uma delas são indicadas quatro hipóteses (A, B, C, e D) das quais só uma está correta. Assinale com uma cruz () a letra correspondente à alternativa que completa corretamente cada questão. 1. Considere uma amostra de um metal que se encontra à temperatura de fusão desse metal e a pressão constante. Pretende-se calcular a energia necessária para fundir completamente essa amostra. As grandezas que devem ser conhecidas são: (A) a massa da amostra e a temperatura de fusão do metal. (B) a temperatura de fusão do metal e o calor de fusão do metal. (C) a massa da amostra e o calor de fusão do metal. (D) a temperatura de fusão do metal e a capacidade térmica mássica do metal. 2. A estação espacial internacional, a funcionar desde os primeiros anos do séc I, foi projetada para utilizar painéis fotovoltaicos que fornecem 16kW à estação, com um rendimento de 11%. A área dos painéis, admitindo que recebem, por segundo, 1,4 kw m -2 de energia solar é dada pela expressão: (A) (B (C) (D) 3. Selecione o gráfico que pode traduzir a variação, com a área de superfície A, do calor transferido por unidade de tempo através de um condutor.
4. A figura mostra os gráficos que traduzem a variação da energia transferida para dois corpos, A e B, de iguais massas, em função da variação das respetivas temperaturas T. A partir da análise do gráfico pode afirmar-se: (A) A capacidade térmica mássica do corpo A é inferior à do corpo B. (B) A capacidade térmica mássica do corpo A é superior à do corpo B. (C) Para a mesma variação de temperatura a energia transferida para o corpo A é igual à transferida pelo corpo B. (D) Para a mesma variação de temperatura a energia transferida para o corpo A é inferior à transferida pelo corpo B. 5. De entre as afirmações seguintes identifique a verdadeira. (A) A radiação incidente num corpo opaco pode ser absorvida, refletida ou transmitida por esse corpo. (B) A energia radiante emitida por um corpo, por unidade de tempo, é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. (C) Os corpos só emitem energia radiante a uma temperatura acima de 0º C. (D) A radiação emitida por um corpo, a determinada temperatura, produz um espetro contínuo com um máximo para determinado comprimento de onda. 6. Numa aula laboratorial, um grupo de alunos montou um circuito elétrico, constituído por um painel fotovoltaico, um reóstato e aparelhos de medida adequados. Fazendo incidir no painel a radiação proveniente de uma lâmpada, os alunos realizaram as medições necessárias para determinarem a potência fornecida ao circuito, P, em função da resistência, R, introduzida pelo reóstato. Com os resultados obtidos, os alunos construíram o gráfico representado na figura.
Para poderem determinar o valor da potência fornecida ao circuito, os alunos mediram as seguintes grandezas: (A) a temperatura do painel e a diferença de potencial nos terminais do painel fotovoltaico. (B) a intensidade de corrente no circuito a diferença de potencial nos terminais do painel fotovoltaico. (C) o intervalo de tempo durante o qual o painel esteve ligado e a resistência introduzida no reóstato. (D) a resistência introduzida pelo reóstato e a temperatura do painel. GRUPO II 1. Os painéis fotovoltaicos são dispositivos utilizados para converter a energia solar em energia elétrica. stes são, normalmente, compostos por células fotovoltaicas. Uma célula fotovoltaica é um dispositivo que aproveita a radiação solar para produzir energia elétrica. sta célula fotovoltaica é constituída por um semicondutor que, por ação da radiação solar, cria uma diferença de potencial entre os seus extremos. No entanto, este processo de conversão de energia apresenta algumas desvantagens, mas é inofensivo do ponto de vista ambiental. Indique duas desvantagens da utilização de painéis fotovoltaicos na produção de energia elétrica. O aluno deve responder a duas das seguintes desvantagens ou outras equivalentes: Uma das desvantagens da utilização de painéis fotovoltaicos na produção de energia elétrica é, por exemplo, o facto do rendimento do processo ser muito baixo, depender das condições atmosféricas (existência de sol), ser um processo de produção de energia bastante dispendioso e exigir grandes áreas de utilização de terrenos. 2. Na figura mostra-se os gráficos que traduzem a variação da temperatura em função 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. T/ºC 40.0 30.0 20.0 A B 10.0 0.0 0 200 400 600 800 1000 t/s
2.1. Indique, justificando, qual a curva correspondente à lata preta? A curva correspondente à lata preta é a A porque sofreu uma maior variação de temperatura no mesmo intervalo de tempo [apesar de estar submetida à mesma quantidade de energia radiante (mesma lâmpada)]. 2.2. xplique por que razão a partir do instante t = 750 s, aproximadamente, a temperatura no interior de cada uma das latas se mantém praticamente constante. [A partir do instante t = 750 s] a temperatura no interior de cada uma das latas mantém-se praticamente constante porque, num dado intervalo de tempo, a energia recebida e perdida pela lata é exatamente igual. 2.3. Qual das latas arrefecerá mais depressa? Justifique. A lata que irá arrefecer mais rapidamente é a lata preta porque irá transferir maior quantidade de calor num mesmo intervalo de tempo. [Isto acontece porque] quanto maior for o T entre o interior e o exterior da lata maior será a energia transferida [(no mesmo intervalo de tempo) logo mais rapidamente atinge o equilíbrio (menor será o t de arrefecimento.] / 20 3. O calor não se transfere com a mesma facilidade através de todos os materiais. A quantidade de calor que atravessa, por segundo, uma parede exterior, com espessura L, depende de vários fatores. Indique, justificando, três fatores que influenciam essa transferência e como é que eles influenciam essa transferência. Três fatores que influenciam a transferência de calor através de uma superfícies são: - a diferença de temperatura entre o interior e o exterior duma superfície; - a sua espessura; - a sua área. A transferência de calor entre o interior e o exterior é tanto maior quanto maior for a área da parede e a diferença de temperatura entre o exterior e o interior e tanto maior quanto menor for a espessura da parede. / 25 4. A figura mostra um recipiente com água a ser aquecido à chama de um fogão a gás. labora um pequeno texto que refira as transferenciais de energia que ocorrem e que explique os dois principais mecanismos de transferência de energia que se observam (condução e convecção).
As transferências de energia que ocorrem são: - do gás para a placa; - da placa para a panela; - da panela para a água. [O mecanismo de transferência de energia por condução ocorre essencialmente nos metais.] Deve-se ao choque entre os eletrões e os iões da rede cristalina do metal. O aumento de energia cinética que ocorre numa extremidade e que faz aumentar a temperatura do metal transmite-se integralmente a todo o metal até que todo ele fique à mesma temperatura. A água contida no interior da panela aquece (aumenta a sua temperatura) porque os corpúsculos constituintes da água adquirem maior energia cinética. A quantidade de líquido que se encontra mais próxima da fonte de calor aquece, expande-se e torna-se menos densa. A água quente (menos densa) tem tendência a subir, sendo substituída pela água fria(mais densa) que tem tendência a descer. Ocorre, assim, uma circulação contínua de correntes até que todo o fluido entre em ebulição. / 30 5. Pretende-se instalar um painel fotovoltaico para carregar a bateria que alimenta o circuito elétrico do semáforo representado na figura. Considere que uma célula fotovoltaica com a área de 1,00 x 10-2 m 2 fornece, em média, durante um dia, a energia de 3,89 x 10 4 J. Admitindo que a potência consumida pelo semáforo é 5,6 x 10 2 W, funcionando este 24 horas por dia, e que o rendimento da bateria é 40%, calcule a área de painel fotovoltaico necessária para alimentar o circuito elétrico do semáforo. Apresente todas as etapas de resolução. Determinação da energia necessária para alimentar o semáforo, durante o dia: u = P x t u = 5,6 x 10 2 x 24 x 3600 = 4,84 x 10 7 J Determinação da energia que é necessária transferir, por dia, para a bateria: J Determinação da área de painel fotovoltaico necessária:
GRUPO III Um grupo de alunos utilizou uma resistência de aquecimento para aquecer uma amostra de água de 200 g. O esquema da montagem utilizado é o que se apresenta na figura. Os alunos leram a temperatura inicial da água e em seguida fecharam o circuito elétrico durante um intervalo de tempo de 5,0 minutos e registaram na tabela seguinte os resultados médios obtidos. t(min) ( ) ( ) I(A) U(V) 5 18,2 33,8 7,45 7,22 1. Calcule a energia elétrica recebida pela resistência durante o período de aquecimento da água. P = 7,22 7,45= 53,79 W / 5 t = 53,79 5 x 60 = 1,61 x 10 4 J 2. Determine a variação de energia interna experimentada pela água, sabendo que a capacidade térmica da água é c = 4,18 Jkg -1 ºC -1. Q m c T Q = 0,200 4,18 (33,8-18,2) = 1,30 10 4 J / 5 3. Calcule o rendimento neste processo de aquecimento. = 81% / 5 4. Indique um fator que poderá afetar o rendimento no aquecimento. Um dos fatores que poderá afetar o rendimento no aquecimento é por exemplo erros de leitura no termómetro, flutuações na tensão da rede, erros de leitura na escala do amperímetro e do voltímetro se estes forem analógicos, etc.
Q t m c T P = U I FORMULÁRIO P - potencia - energia t - intervalo de tempo - rendimento - potencia útil - potencia fornecida - rendimento - energia útil - energia fornecida Q - quantidade de calor transferido m - massa c - capacidade térmica mássica - intervalo de temperatura - quantidade de calor transferido durante a fusão m - massa de amostra - calor latente de fusão P - potencia U - diferença de potencial I - intensidade de corrente R - resistência elétrica U - diferença de potencial I - intensidade de corrente