Energia, fenómenos térmicos e radiação II Física e Química A 10.º ano 1. Responde às seguintes questões. Num dia de inverno, a temperatura no exterior é de - 3ºC e a temperatura no interior de um apartamento é de 24ºC. Uma das janelas do apartamento tem dimensões 1,5 m 1,2 m, com vidro de 5,0 mm de espessura. As condutividades térmicas do vidro e do ar são, respetivamente, 0,8 W m -1 K -1 e 0,023 W m -1 K -1. a) Determina a energia transferida por condução térmica através dessa janela durante uma hora. b) Sendo o ar um mau condutor térmico, porque é que a casa arrefece mais depressa com a janela aberta? c) Se fossem instalados vidros duplos, cada um com 2,0 mm de espessura e com uma folga de ar de 1,0 mm de espessura, a taxa de perda de calor seria maior, menor ou igual? Justifica. 2. Considera materiais bons e maus condutores de calor e seleciona a opção correta. Um bom isolador térmico terá a) elevada condutividade térmica e elevada capacidade térmica mássica. b) baixa condutividade térmica e baixa capacidade térmica mássica. c) elevada condutividade térmica e baixa capacidade térmica mássica. d) baixa condutividade térmica e elevada capacidade térmica mássica. 3. Responde às seguintes questões. Para que a temperatura de um determinado corpo, de massa 500 g, aumente de 25 C para 30 C, é necessário fornecer-lhe 580 J de energia sob a forma de calor. a) De que depende a energia que é libertada ou absorvida por um corpo sob a forma de calor? b) O que entendes por capacidade térmica mássica de uma substância? c) Determina a capacidade térmica mássica da substância de que é feito o corpo. 4. Seleciona a opção correta. Considera dois corpos de substâncias diferentes mas com igual massa. Quando se transfere a mesma quantidade de energia para ambos os corpos, o que sofre maior elevação de temperatura é o que tem a) menor densidade. b) maior volume. c) maior capacidade térmica mássica. d) menor capacidade térmica mássica. 1 / 6
5. Completa as frases com as opções corretas. A entalpia de corresponde à energia que é necessário fornecer ao gelo para provocar a de 1 mol de água. A entalpia de corresponde à energia que é necessário fornecer à água para provocar a de uma mol de água líquida. 6. Responde à seguinte questão. O gráfico representa o calor absorvido por dois corpos sólidos, X e Y, de iguais massas, em função da temperatura. Calcula a relação entre a capacidade térmica mássica do corpo X e do corpo Y. 7. Seleciona a opção correta. Misturaram-se 100 g de água a 60 C com igual massa de gelo fundente, obtendo-se um sistema homogéneo a 0ºC. Dados: c água líquida = 4,18 10 3 J kg -1 C A variação de entalpia de fusão do gelo é de a) ΔH = 2,51 x 10 3 J kg -1. b) ΔH = 2,51 x 10 5 J kg -1. c) ΔH = 0 J kg -1. d) ΔH = - 2,51 x 10 3 J kg -1. 8. Responde à seguinte questão. Calcula a energia necessária para fundir 300 g de gelo, à temperatura de -10 C e pressão atmosférica normal. Dados: c gelo = 2100 J kg -1 C -1 L fusão = 3,34 10 5 J kg -1 9. Responde à seguinte questão. O gráfico representa a variação de temperatura, ao longo do tempo, de 200 g de um líquido, que foi totalmente vaporizado. Sabendo que foram fornecidos 80 kj de energia para vaporizar todo o líquido, calcula entalpia de vaporização do líquido em estudo. 2 / 6
10. Responde às seguintes questões. Num coletor solar aproveita-se a radiação solar para o aquecimento da água. Este é constituído por: Uma caixa fechada, contendo canos de cobre na forma de serpentina; Uma placa pintada de preto fosco; Uma tampa de vidro transparente. Para uma intensidade de radiação solar de 8,0 W/dm 2 e uma área de absorção de energia igual a 10 m 2, verificou-se que 50 kg de água aumentaram a sua temperatura de 25 C para 80 C numa hora. (c água = 4,18 10 3 J kg -1 C) a) Indica a função da tampa de vidro transparente. b) Calcula a quantidade de energia que é absorvida pela água, por hora. 11. Responde às seguintes questões. O aproveitamento de energia solar faz-se com o recurso a coletores solares. a) Explica por que razão a superfície do coletor virada para o sol é preta. b) Justifica a utilização do cobre nos tubos de um coletor solar. 12. Considera a aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica aos coletores solares e classifica as seguintes afirmações em verdadeiras (V) ou falsas (F). a) A energia útil do sistema diminui durante a transferência de energia do coletor para a água do depósito. b) O rendimento do processo de transferência de energia é inferior a 100% pelo que não há conservação de energia. c) Não havendo transferência de energia para o ar envolvente, haveria maior transferência de energia do coletor para o fluido circulante. d) A variação da energia interna resulta do somatório da energia transferida como calor e como radiação. 13. Seleciona a opção que completa corretamente a frase. A 1.ª Lei da Termodinâmica a) traduz a lei da conservação da energia nos sistemas mecânicos. b) traduz a lei da conservação da energia nos sistemas mecânicos e nos termodinâmicos. c) traduz a lei da conservação da energia nos sistemas termodinâmicos. d) só se pode aplicar em sistemas isolados. 3 / 6
14. Seleciona a opção que completa corretamente a frase. De acordo com a 1.ª Lei da Termodinâmica a) a variação da energia interna de um sistema isolado é nula. b) a energia de um sistema só pode variar por transferência de energia sob a forma de trabalho. c) a energia de um sistema só pode variar por transferência de energia sob a forma de calor. 15. Responde às seguintes questões. A uma seringa que contém um dado gás, é fornecida uma energia de 2,0 10 4 J. Durante o aquecimento, o gás expande exercendo, sobre o êmbolo da seringa, uma força que corresponde à realização de um trabalho de 6,0 10 3 J sobre a vizinhança. a) Qual foi a variação da energia interna do sistema? b) Indica, justificando, se a energia interna aumentou ou diminuiu. 16. Responde à seguinte questão. Explica por que razão um urso deitado sobre o gelo o pode fundir, mas não consegue extrair dele energia para se aquecer. 17. As máquinas a vapor são exemplos de máquinas térmicas que operam de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica. Classifica as seguintes afirmações em verdadeiras (V) ou falsas (F). a) A energia fornecida pela caldeira é transferida na totalidade para o condensador, através da realização de trabalho na turbina. b) A energia fornecida pela caldeira é totalmente utilizada para produzir trabalho na turbina. c) Ao longo do processo, a energia interna do vapor de água mantém-se constante. d) Parte da energia fornecida pela caldeira realiza trabalho na turbina e outra parte é cedida ao sistema de refrigeração. 18. Responde às seguintes questões. Considera o diagrama energético relativo ao funcionamento de um gerador eólico, onde os valores indicados se referem à energia transferida/transformada em cada segundo. 4 / 6
a) Identifica o valor da energia disponibilizada, por segundo, pelo vento. b) Indica o valor da energia dissipada, por segundo, no aerogerador. c) Identifica qual o valor da energia útil que o aerogerador disponibiliza. d) Determina o rendimento do processo de transformação de energia pelo aerogerador. 5 / 6
Energia, fenómenos térmicos e radiação II Soluções 1. a) 2,8 10 7 J b) O vidro impede o estabelecimento de correntes de convecção entre o interior e o exterior da casa. Com a janela aberta pode haver transferência de energia por convecção: o ar mais quente da casa vai sendo substituído pelo ar mais frio do exterior. c) Menor. Embora a espessura total da janela seja a mesma, a condutividade térmica do ar é menor do que a do vidro. Isto significa que a folga de ar no vidro duplo diminui a corrente térmica que atravessa a janela. 2. d) 3. a) Depende da sua capacidade térmica mássica. b) Quando expressa em J kg -1 º C -1, corresponde à energia necessária para elevar em 1 º C a temperatura de um quilograma de uma substância. c) 232 J kg -1 º C -1 4. d) 5. fusão; fusão; sólida; vaporização; líquida; vaporização 6. c M = 7 c N 7. b) 8. 1,06 10 5 J 9. 4,0 10 5 J kg -1 10. a) O vidro é transparente à maior parte da radiação incidente mas é opaco à radiação infravermelha que é emitida pela placa coletora, minimizando as perdas de energia e provocando o efeito estufa. b) 1,15 10 7 J 11. a) O preto absorve todas as radiações visíveis. b) O cobre facilita a transferência de energia por condução. 12. a) V; b) F; c) F; d) F 13. c) 14. a) 15. a) 200 J b) 40% 16. Tendo em conta a 2.ª lei da termodinâmica, os processos espontâneos ocorrem no sentido do aumento da entropia do Universo, logo como o urso está a uma temperatura superior do que o gelo, a transferência de energia dá-se do urso para o gelo e não ao contrário. 17. a) F; b) F; c) V; d) V 18. a) 12500 J b) 10000 J c) 2500 J d) 20% 1 / 7