Lista de exercícios Turma 1241 (2º semestre) Experimento 1: Sensação térmica Coloque três bacias sobre a mesa. Numa delas coloque água gelada, em outra coloque água quente (mas não fervente para evitar queimar as mãos) e na bacia do meio coloque água à temperatura ambiente, como na figura a seguir. http://profdiegocg.wordpress.com/2012/07/25/experimentopropagacao-de-calor-por-conducao/ Experimento 4: Propagação de calor por convecção Sugiro que assista um experimento relacionado no endereço abaixo. Link: http://www.pontociencia.org.br/experimentos-interna.php? experimento=389&propagacao+de+calor+ +CONVECCAO#top (Outros roteiros de experimentos serão propostos no decorrer das aulas) I - ESCALAS TERMOMÉTRICAS Coloque a mão direita na bacia com água fria e a esquerda na bacia com água quente. Espere um minuto e transfira as duas mãos para a bacia com água morna. Observe a sua sensação de temperatura ao colocar suas mãos na água morna. Responda: 1) Qual foi a sensação térmica da mão direita que estava na água fria? 2) E a sensação térmica da mão esquerda que estava na água quente? 3) Você pode classificar as temperaturas dos dos corpos baseando-se apenas na sensação térmica? 1) Quando se deseja realizar experimentos a baixas temperaturas, é muito comum a utilização de nitrogênio líquido como refrigerante, pois seu ponto normal de ebulição é de - 196 ºC. Determine esta temperatura na escala Kelvin: 2) Sêmen bovino para inseminação artificial é conservado em nitrogênio líquido que, à pressão normal, tem temperatura de, aproximadamente, - 319 F. Calcule essa temperatura na escala Celsius. 3) Abaixo estão representadas duas escalas termométricas (escala Celsius e uma escala Z) 100 188 Experimento 2: Termômetro caseiro t c t B O roteiro e as perguntas deste experimento se encontra no link a seguir: Link: http://profdiegocg.wordpress.com/2012/07/23/termometro-caseiro/ 0 ºC Z 28 Experimento 3: Propagação de calor por condução O roteiro e as perguntas deste experimento se encontra no link a seguir: Link: a) Encontre a expressão que relacione as duas escalas; b) A temperatura de uma criança foi medida em um termômetro na escala Z indicando 92ºZ, a criança estava com febre? Justifique. 4) Uma escala de temperatura arbitrária X está relacionada com a escala Celsius, conforme o gráfico a seguir.
c) 12 Z d) 16 Z e) 6 Z 8) Pensando no movimento das partículas que compõem dois corpos A e B, o que significa dizer que A é mais quente do B? Calcule: a) A temperatura de fusão do gelo, na escala X; b) A temperatura de ebulição da água, na escala X. 9) Em um termômetro de líquido, a propriedade termométrica é o comprimento y da coluna de líquido. O esquema a seguir representa a relação entre os valores de y em cm e a temperatura t em graus Celsius. 5) Determine: a) A temperatura, cuja indicação na escala Fahrenheit é excede em 20 unidades sua indicação na escala Celsius; b) Determine a temperatura, cuja indicação na escala Fahrenheit é 5 vezes maior que a da escala Celsius; As escalas termométricas serão necessárias para a resolução das questões 6 e 7 6) Marque a alternativa que mostra corretamente a relação entre as escalas C e Z. a) t C =2t Z 12 b) t C =2t Z 24 c) t C =t Z 12 d) t Z =2t C 24 e) t Z =12t C 62 7) Sabendo que o gelo se funde a 0 C, a quanto que essa temperatura equivale na escala Z? a) 0 Z b) 24 Z 12 62 Para esse termômetro, a temperatura t na escala Celsius e o valor de y em cm satisfazem a função termométrica: a) t = 5y b) t = 5y + 15 c) t = y + 25 d) t = 60 y - 40 10) A temperatura, cuja indicação na escala Fahrenheit é duas vezes maior que a da escala Celsius, é: a) 130 C. b) 140 C. c) 150 C. d) 160 C. 11) Assinale a alternativa ERRADA. a) Os corpos se dilatam sob efeito do calor. b) Dois corpos em equilíbrio térmico têm, necessariamente, a mesma temperatura. c) A transferência de calor se faz do corpo mais frio para o mais quente. d) Quando um corpo absorve calor, sua energia térmica aumenta. e) Temperatura é a medida da energia térmica de um corpo.
12) Sobre o conceito de calor pode se afirrmar que se trata de trma: a) medida de temperatura do sistema. b) forma de energia em trânsito. c) substância fluida. d) quantidade relacionada com o atrito. e) energia que os corpos possuem 13) CaÌor é: a) a energia contida em um corpo b) a energia que se transfere de um corpo para outro, quando existe uma diferença de temperatura entre eles c) um fluido invisível e sem peso,que é transmitido de um corpo para outro. d) a transferência de temperatura de um corpo para outro e) a energia que se transfere espontaneamente do corpo de menor temperatura para o de maior temperatura. II- DILATAÇÃO TÉRMICA 16) Quando aquecemos uma barra de metal ela fica mais comprida por dilatação. Isto significa que a massa da barra aumentou? 17) Ao aquecermos uma "porca" que está presa ao seu parafuso, supondo que o parafuso não se aqueça, a "porca" irá esmagar o parafuso ou ficar mais livre? 18) Uma porca está muito apertada no parafuso. O que você deve fazer para afrouxá-la? a) É indiferente esfriar ou esquentar a porca. b) Esfriar a porca. c) Esquentar a porca. d) É indiferente esfriar ou esquentar o parafuso. e) Esquentar o parafuso. 19) O coeficiente de dilatação linear do cobre é 17 x 10-6 o C -1. Então, uma esfera de cobre de volume 1m 3, ao ter sua temperatura elevada de 1 o C, sofrerá um acréscimo de volume. Calcule esse acréscimo de volume. 20) O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1,000 m, aquecida em um forno industrial. 14) Quando dois corpos de materiais diferentes estão em equilíbrio térmico, isolados do meio ambiente, pode-se afirmar que: a) o mais quente é o que possui menor massa. b) apesar do contato, suas temperaturas não variam c) o mais quente fornece calor ao mais frio. d) o mais frio fornece calor ao mais quente. e) suas temperaturas dependem de suas densidades. 15) O fato de o calor passar de um corpo para outro devesse: a) à quantidade de calor existente em cada um b) à diferença de temperatura entre eles. c) à energia cinética total de suas moléculas. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de C - 1? 21) Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2. 10-5 C -1 e 2,6. 10-5 C -1. Em uma determinada temperatura (temperatura ambiente), a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura conforme mostra a figura. d) ao o número de calorias existentes em cada um. e) Nada do que se afirmou acima é verdadeiro.
a) 10,1 b) 10,2 c) 10,3 d) 10,6 e) 11,2 Explique o por quê. 27) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100 cm de raio, estando numa temperatura de 12 C. 22) Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado no planeta Marte, tem área A = 100,0 cm 2 a uma temperatura de 100 C. A uma temperatura de 0,0 C, qual será a área da chapa em cm 2? (Considere que o coeficiente de dilatação linear do material é α = 2,0 10-6 C -1 ) 23) A tampa de zinco de um frasco de vidro agarrou no gargalo de rosca externa e não foi possível soltála. Sendo os coeficientes de dilatação linear do zinco e do vidro, respectivamente, iguais a 30.10-6 ºC -1 e 8,5.10-6 ºC -1, como proceder? Justifique sua resposta. Temos à disposição um caldeirão com água quente e outro com água gelada. 24) Ao se aquecer de 1,0ºC uma haste metálica de 1,0m, o seu comprimento aumenta de 2,0. 10-2 mm. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80cm, quando a aquecemos de 20ºC, é: Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do alumínio equivale a 22.10-6 C -1, a nova área do furo, quando a chapa for aquecida até 122 C, será equivalente a qual valor em metros? 28) O gráfico mostra como varia o comprimento de uma barra metálica em função da temperatura. a) 0,23mm b) 0,32 mm c) 0,56 mm d) 0,65 mm e) 0,76 mm 25) O volume de um bloco metálico sofre um aumento de 0,60% quando sua temperatura varia de 200ºC. O coeficiente de dilatação de dilatação linear médio desse metal, em ºC -1,vale: a) 1,0.10-5 b) 3,0.10-5 c) 1,0.10-4 d) 3,0.10-4 e) 3,0.10-3 26) Um bloco de certo metal tem seu volume dilatado de 200cm 3 para 206cm 3, quanto sua temperatura aumenta de 20ºC para 520ºC. Se um fio deste mesmo metal, tendo 10cm de comprimento a 20ºC, for aquecido até a temperatura de 520ºC, então seu comprimento em centímetro passará a valer: a) Determine o coeficiente de dilatação linear médio do metal no intervalo de temperatura considerado. b) Considerando que o gráfico continue com as mesmas características para θ > 40 C, determine o comprimento da barra a70 C. 29) Um paralelepípedo de chumbo tem a 0 C o volume de 100 litros. A que temperatura ele deve ser aquecido para que seu volume aumente de 0,405 litro? O coeficiente de dilatação linear médio do chumbo é 27. 1 0-6 C para o intervalo de temperatura considerado. 30) Um paralelepípedo a 10 C possui dimensões iguais a 10 x 20 x 30 cm, sendo constituído de um
material cujo coeficiente de dilatação térmica linear é 8,0.10 'C -1. Qual é o acréscimo de volume que ele sofre quando sua temperatura é elevada para 110 C? III - CALORIMETRIA 31) A função de uma roupa de inverno é: a) dificultar a perda de calor do corpo. b) fornecer calor ao corpo. c) impedir o ganho de frio pelo corpo. d) retirar calor do corpo. e) retirar frio do corpo. 32) Durante o eclipse, em uma das cidades na zona de totalidade, Criciúma-SC, ocorreu uma queda de temperatura de 8,0ºC. (Zero Hora 04/11/1994) Sabendo que o calor específico sensível da água é 1,0 cal/gºc, a quantidade de calor liberada por 1000g de água, ao reduzir sua temperatura de 8,0ºC, em cal, é: a) 8,0 b) 125 c) 4000 d) 8000 e) 64000 33) A tabela abaixo apresenta a massa m de cinco objetos de metal, com seus respectivos calores específicos sensíveis c. METAL c (cal/gºc) m (g) Alumínio 0,217 100 Ferro 0,113 200 Cobre 0,093 300 Prata 0,056 400 Chumbo 0,031 500 35) Um rapaz deseja tomar banho de banheira com água à temperatura de 30 C, misturando água quente e fria. Inicialmente, ele coloca na banheira 100L de água fria a 20 C. Desprezando a capacidade térmica da banheira e a perda de calor da água, pergunta-se: Quantos litros de água quente, a 50 C, ele deve colocar na banheira? (Dado: calor específico da água = 1,0 cal/gºc) 36) Considere dois corpos A e B de mesma massa de substâncias diferentes. Cedendo a mesma quantidade de calor para os dois corpos, a variação de temperatura será maior no corpo: a) de menor densidade. b) cuja temperatura inicial é maior. c) de menor temperatura inicial. d) de maior capacidade térmica. e) de menor calor específico. 37) Uma piscina contém 20.000 litros de água. Considere que sua variação de temperatura durante a noite é de 5 C. Sabendo que o calor específico da água é de 1cal/g C, calcule a energia, em cal (e em J), perdida pela água ao longo da noite, em módulo. 38) Um estudante de Física Experimental fornece calor a um certo corpo (de masa 40g), inicialmente à temperatura de 10 C. Ele constrói o gráfico indicado a seguir, onde, no eixo vertical, registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto, no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo. O objeto que tem maior capacidade de aumentar sua temperatura é: a) alumínio b) ferro c) chumbo d) prata e) cobre 34) Um frasco contém 20g de água a 0 C. Em seu interior é colocado um objeto de 50g de alumínio a 80 C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0cal/g C e 0,10cal/g C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, calcule a temperatura de equilíbrio desta mistura. A capacidade térmica e o calor específico desse corpo serão respectivamente: a) 3 cal/ C e 0,3 cal/g C b) 4 cal/ C e 0,4 cal/g C c) 4 cal/ C e 0,1 cal/g C d) 3 cal/ C e 0,1 cal/g C e) 4 cal/ C e 0,8 cal/g C
39) Nos anos 90, o durante o eclipse, em uma das cidades na zona de totalidade, Criciúma-SC, ocorreu uma queda de temperatura de 8,0ºC. Sabendo que o calor específico sensível da água é 1,0 cal/gºc, a quantidade de calor necessária para reduzir de 15 C para 7ºC, 1000 g (1 litro) de água é de: 43) No anime Cavaleiros do Zodíaco (Saint Seiya) ocorreu uma luta clássica entre o cavaleiro de bronze, Shiryu de Dragão e o cavaleiro de prata Algol de Perseu. Num dado momento da luta, Shiryu lança o seu golpe Cólera do Dragão contra o cavaleiro de prata que defende com o seu escudo. a) + 8000 cal b) 125 cal c) + 4000 cal d) 8000 cal e) + 64000 cal 40) Uma fonte térmica fornece, em cada minuto, 20 calorias. Para produzir um aquecimento de 20 C para 50 C em 50 gramas de um líquido, são necessários 15 minutos. Determine o calor específico do líquido. (1,0) a) 0,1 b) 0,2 c) 0,3 d) 0,4 e) 0,58 41) Sejam dois corpos de alumínio. O corpo A possui massas m A = 10 kg e o corpo B, m B = 50 kg. Sobre esses corpos, é correto afirmar que: a) Os dois possuem a mesma capacidade térmica, mas o corpo B apresenta maior calor específico b) O corpo A possui o maior calor especifico e o corpo B apresenta maior capacidade térmica c) Os dois possuem o mesmo calor especifico, mas o corpo B apresenta maior capacidade térmica d) O corpo B possui o maior calor especifico e o corpo A apresenta maior capacidade térmica e) É impossível determinar algo pois faltam dados. Considerando que a energia térmica liberada pelo Cólera do Dragão é de 24000 cal e que a massa do escudo de Algol era de 800 g, calcule a variação de temperatura sofrida pelo mesmo. (Dado: c prata = 0,06 cal/g C) 44) Qual a quantidade de calor necessária para elevar de - 5 C até 30 C a temperatura de 100 g de gelo, sob pressão normal? (Dados: c gelo = 0,5 cal/g C ; c água = 1 cal/g C ; L fusão = 80 cal/g C) 45) Misturando-se, em um calorímetro, 100 g de água a 20 C, e 300 g de água a 40 C, qual será o valor da temperatura de equilíbrio da mistura? 46) Observe a curva de aquecimento a seguir para uma substância de 10 g, inicialmente no estado sólido. 42) Considere dois corpos A e B de mesma massa de substâncias diferentes. Cedendo a mesma quantidade de calor para os dois corpos, a variação de temperatura será maior no corpo: a) de maior capacidade térmica. b) cuja temperatura inicial é maior. c) de menor temperatura inicial. d) de menor calor específico. e) Impossível se determinar pois faltam dados. Com base no gráfico, responda: a) a substância em questão é a água? Justifique. b) qual é a temperatura de fusão e de ebulição da substância em questão? c) qual o calor latente na mudança de fase sólida para a fase líquida da substância? d) qual o calor específico na fase líquida?
47) Observe a curva de resfriamento a seguir para uma substância de 100 g, inicialmente no estado líquido. a) 60ºF b) 115ºF c) 207ºF d) 239ºF e) 347ºF 51) (MACKENZIE) Quando misturamos 1,0kg de água de água (calor específico sensível = 1,0cal/g C) a 70 C com 2,0kg de água a 10 C, obtemos 3,0kg de água a: Com base no gráfico, responda: a) 10 C b) 20 C c) 30 C d) 40 C e) 50 C a) qual o calor específico na fase líquida? b) qual o calor latente na mudança de fase líquida para a fase sólida da substância? c) qual o calor específico na fase líquida? 48) Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120J/s. Uma caloria alimentar (1kcal) corresponde, aproximadamente, a 4,0 x 10 3 J. Para nos mantermos saudáveis,quantas calorias alimentares devemos utilizar, por dia, a partir dos alimentos que ingerimos? a) 33 b) 120 c) 2,6x10 3 d) 4,0 x10 3 e) 4,8 x10 5 49)Uma fonte calorífica fornece calor continuamente, à razão de 150 cal/s, a uma determinada massa de água. Se a temperatura da água aumenta de 20ºC para 60ºC em 4 minutos, sendo o calor especifico sensível da água 1,0 cal/gºc, pode-se concluir que a massa de água aquecida, em gramas, é: a) 500 b) 600 c) 700 d) 800 e) 900 50) (MACKENZIE) Um bloco de cobre (c = 0,094 cal/gºc) de 1,2kg é colocado num forno até atingir o equilíbrio térmico. Nessa situação, o bloco recebeu 12 972 cal. A variação da temperatura sofrida, na escala Fahrenheit, é de: 52) Um corpo de 400g e calor específico sensível de 0,20cal/g C, a uma temperatura de 10 C, é colocado em contato térmico com outro corpo de 200g e calor específico sensível de 0,10cal/g C, a uma temperatura de 60 C. A temperatura final, uma vez estabelecido o equilíbrio térmico entre os dois corpos, será de: a) 14 C b) 15 C c) 20 C d) 30 C e) 40 C 53) Num calorímetro contendo 200g de água a 20 C coloca-se uma amostra de 50g de um metal a 125 C. Verifica-se que a temperatura de equilíbrio é de 25 C. Desprezando o calor absorvido pelo calorímetro, o calor específico sensível desse metal, em cal/g C, vale: a) 0,10 b) 0,20 c) 0,50 d) 0,80 e) 1,0 54) Uma quantidade de água líquida de massa m = 200 g, a uma temperatura de 30 Cº, é colocada em uma calorímetro junto a 150 g de gelo a 0 Cº. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é c = 1,0 cal/(g. Cº) e o calor latente de fusão do gelo é L = 80 cal/g, calcule a temperatura final da mistura gelo + água. a) 0ºC b) 10ºC c) 15ºC d) 30ºC e) 60ºC
55) Num Laboratório de Física, faz-se uma experiência com dois objetos de materiais diferentes R e S, mas de mesma massa, ambos, inicialmente, no estado sólido e à temperatura ambiente. Em seguida, os dois objetos são aquecidos e, então, mede-se a temperatura de cada um deles em função da quantidade de calor que lhes é fornecida. Os resultados obtidos nessa medição estão representados neste gráfico: Na serpentina, a água aquecida pelo fogão sobe para a caixa d água ao mesmo tempo em que a água fria desce através da tubulação em direção à serpentina, onde novamente é realizada a troca de calor. Considerando o processo de aquecimento da água contida na caixa d água, é correto afirmar que este se dá, principalmente, devido ao processo de: a) condução causada pela diminuição da densidade da água na serpentina. b) convecção causada pela diminuição da densidade da água na serpentina. c) convecção causada pelo aumento da densidade da água na serpentina. d) condução causada pelo aumento da densidade da água na serpentina. Sejam L R e L S o calor latente de fusão dos materiais R e S, respectivamente, e c R e c S o calor específico dos materiais, no estado sólido, também respectivamente. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que: a) c R < c S e L R < L S b) c R < c S e L R > L S c) c R > c S e L R > L S d) c R > c S e L R < L S IV - PROGAGAÇÃO DO CALOR 56) O uso de tecnologias associadas às energias renováveis tem feito ressurgir, em Zonas Rurais, técnicas mais eficientes e adequadas ao manejo de biomassa para produção de energia. Entre essas tecnologias, está o uso do fogão a lenha, de forma sustentável, para o aquecimento de água residencial. Tal processo é feito por meio de uma serpentina instalada no fogão e conectada, através de tubulação, à caixa d água, conforme o esquema mostrado na Figura abaixo. 57) Uma placa é atravessada por uma quantidade de calor igual a 3,0. 10 3 cal em um intervalo de tempo de 5 minutos. Determine o fluxo de calor através dessa placa expessa em cal/s e em watt. Considere 1 cal = 4 J. 58) Um grupo de amigos compra barras de gelo para um churrasco, num dia de calor. como as barras chegam com algumas horas de antecedência, alguém sugere que sejam envolvidas num grosso cobertor para evitar que derretam mais. essa sugestão: a) é absurda, porque o cobertor vai aquecer o gelo, derretendo ainda mais depressa. b) é absurda, porque o cobertor facilita a troca de calor entre o ambiente e o gelo, derretendo-o mais depressa. c) não tem serventia, porque o cobertor não fornece calor ao gelo, nem absorve calor dele não alterando a rapidez com que o gelo derrete. d) faz sentido, porque o cobertor facilita a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento. e) faz sentido, porque o cobertor dificulta a troca de calor entre o ambiente e o gelo, retardando o seu derretimento. 59) Analise as afirmações referentes à condução térmica. I - Para que um pedaço de carne cozinhe mais rapidamente, pode-se introduzir nele um espeto metálico. Isso se justifica pelo fato de o metal ser um bom condutor de calor. II - Os agasalhos de lã dificultam a perda de
energia (na forma de calor) do corpo humano para o ambiente, devido ao fato de o ar aprisionado entre suas fibras ser um bom isolante térmico. III - Devido à condução térmica, uma barra de metal mantém-se a uma temperatura inferior à de uma barra de madeira colocada no mesmo ambiente. Podemos afirmar que : (A) I, II e III estão corretas. (B) I, II e III estão erradas. (C) Apenas I está correta. (D) Apenas II está correta. (E) Apenas I e II estão corretas. 60) Uma mesa de madeira e uma de metal são colocadas em uma mesma sala fechada, com temperatura constante. Depois de alguns dias, um estudante entra na sala e coloca uma das mãos na mesa de madeira e a outra na de metal. O estudante afirma, então, que a mesa de metal está mais fria do que a mesa de madeira, isto é, a uma temperatura menor do que esta. Em relação a esta afirmação, pode-se dizer: a) O estudante está correto. A condutividade térmica do metal é menor que a da madeira e, portanto, nesse caso, o metal sempre estará a uma temperatura menor que a madeira. b) O estudante está correto. A condutividade térmica do metal é maior que a da madeira e, portanto, nesse caso, o metal sempre estará a uma temperatura menor que a madeira. c) O estudante está errado. A mesa de madeira sempre estará mais fria que a de metal, mas isto só poderá ser verificado com o uso de um termômetro preciso. d) O estudante está errado. As duas mesas estão à mesma temperatura, mas a mesa de metal parece mais fria que a de madeira, devido ao fato de a condutividade térmica do metal ser maior que a da madeira. e) O estudante está errado. As duas mesas estão à mesma temperatura, mas a mesa de metal parece mais fria que a de madeira devido ao fato de a condutividade térmica do metal ser menor que a da madeira. GABARITO 1 33 2 34 3 35 4 36 5 37 6 38 7 39 8 40 9 41 10 42 11 C 43 12 44 13 45 14 46 15 47 16 Não. O que ocorre é o aumento nos espaços entre as moléculas que constituem o material. 48 A 17 Ficar mais livre 49 E 18 C 50 C 19 51 C 20 52 C 21 53 B 22 54 A 23 Deve-se mergulhar a tampa do frasco na água quente. O zinco irá dilatar mais que o vidro, soltando-se do gargalo. 55 D 56 B 24 B 57 10 cal/s e 40 W 25 A 58 E 26 A 59 E 27 60 D 28 61 B 29 62 30 63 31 64 32 A 65 61) O sentido da transmissão de calor entre dois corpos depende: a) de seus estados físicos b) de suas temperaturas c) de suas quantidades de calor d) de suas densidades e) de seus calores específicos