Tópico 2
1 Analise as proposições e indique a falsa.
a) O somatório de toda a energia de agitação das partículas de um corpo é a energia térmica desse corpo.
b) Dois corpos atingem o equilíbrio térmico quando suas temperatu-ras se tornam iguais.
c) A energia térmica de um corpo é função da sua temperatura. d) Somente podemos chamar de calor a energia térmica em trânsito;
assim, não podemos af irmar que um corpo contém calor. e) A quantidade de calor que um corpo contém depende de sua
tem-peratura e do número de partículas nele existentes. Resolução:
Calor é energia térmica em trânsito. Um corpo sempre tem energia tér-mica, mas possui calor somente quando essa energia está em trânsito. Assim, um corpo tem energia térmica, mas não tem calor.
Resposta: e
2 Imagine dois corpos A e B com temperaturas T
A e TB, sendo
TA > TB. Quando colocamos esses corpos em contato térmico, podemos af irmar que ocorre o seguinte fato:
a) Os corpos se repelem.
b) O calor fl ui do corpo A para o corpo B por tempo indeterminado. c) O calor fl ui do corpo B para o corpo A por tempo indeterminado. d) O calor fl ui de A para B até que ambos atinjam a mesma temperatura. e) Não acontece nada.
Resolução:
A energia térmica fl ui espontaneamente do corpo de maior tempera-tura para o de menor temperatempera-tura até que esses corpos atinjam o equi-líbrio térmico, isto é, até que as temperaturas atinjam o mesmo valor.
Resposta: d
3 No café-da-manhã, uma colher metálica é colocada no interior de uma caneca que contém leite bem quente. A respeito desse aconte-cimento, são feitas três af irmativas.
I. Após atingirem o equilíbrio térmico, a colher e o leite estão a uma mesma temperatura.
II. Após o equilíbrio térmico, a colher e o leite passam a conter quanti-dades iguais de energia térmica.
III. Após o equilíbrio térmico, cessa o fl uxo de calor que existia do leite (mais quente) para a colher (mais fria).
Podemos af irmar que:
a) somente a af irmativa I é correta; b) somente a af irmativa II é correta; c) somente a af irmativa III é correta; d) as af irmativas I e III são corretas; e) as af irmativas II e III são corretas. Resolução:
I) Correta.
No equilíbrio térmico, as temperaturas dos corpos são iguais. II) Incorreta.
A quantidade de energia térmica de um corpo depende de sua temperatura e do número de partículas que possui. Assim, mesmo as temperaturas do leite e da colher sendo iguais, seu número de partículas pode não ser o mesmo.
III) Correta.
O que fazia o calor fl uir de um corpo para outro era a diferença de temperaturas existente entre eles.
Resposta: d
4 Analise as proposições e indique a verdadeira.
a) Calor e energia térmica são a mesma coisa, podendo sempre ser usados tanto um termo como o outro, indiferentemente.
b) Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando possuem quanti-dades iguais de energia térmica.
c) O calor sempre fl ui da região de menor temperatura para a de maior temperatura.
d) Calor é energia térmica em trânsito, fl uindo espontaneamente da região de maior temperatura para a de menor temperatura. e) Um corpo somente possui temperatura maior que a de um outro
quando sua quantidade de energia térmica também é maior que a do outro.
Resolução:
Calor é a denominação que damos à energia térmica enquanto ela está transitando entre dois locais de temperaturas diferentes. O senti-do espontâneo é senti-do local de maior temperatura para o local de menor temperatura.
Resposta: d
5 (Unirio-RJ) Indique a proposição correta.
a) Todo calor é medido pela temperatura, isto é, calor e temperatura são a mesma grandeza.
b) Calor é uma forma de energia em trânsito e temperatura mede o grau de agitação das moléculas de um sistema.
c) O calor nunca é função da temperatura.
d) O calor só é função da temperatura quando o sistema sofre mudan-ça em seu estado físico.
e) A temperatura é a grandeza cuja unidade fornece a quantidade de calor de um sistema.
Resolução:
Calor é energia térmica em trânsito e temperatura determina o grau de agitação das partículas de um sistema.
Resposta: b
6 (Enem) A sensação de frio que nós sentimos resulta:
a) do fato de nosso corpo precisar receber calor do meio exterior para não sentirmos frio.
b) da perda de calor do nosso corpo para a atmosfera que está a uma temperatura maior.
c) da perda de calor do nosso corpo para a atmosfera que está a uma temperatura menor.
d) do fato de a friagem que vem da atmosfera afetar o nosso corpo. e) da transferência de calor da atmosfera para o nosso corpo. Resolução:
Quanto mais rápido perdemos energia térmica, maior é a nossa sensa-ção de frio. Essa rapidez é funsensa-ção da diferença de temperatura entre o nosso corpo e a atmosfera do meio onde nos encontramos.
7 Você sabe que o aprendizado da Física também se faz por meio da observação das situações que ocorrem no nosso dia-a-dia. Faça um experimento. Caminhe descalço sobre um carpete ou um tapete e so-bre um piso cerâmico, como o do banheiro da sua casa, por exemplo. Você vai notar que o piso cerâmico parece mais frio do que o tapete, apesar de estarem à mesma temperatura. Essa diferença de sensação se deve ao fato de:
a) a capacidade térmica do piso cerâmico ser menor que a do tapete; b) a temperatura do piso cerâmico ser menor que a do tapete; c) a temperatura do tapete ser menor que a do piso cerâmico; d) a condutividade térmica do piso cerâmico ser maior que a do tapete; e) a condutividade térmica do piso cerâmico ser menor que a do
tapete. Resolução:
A sensação de frio é devida à perda de energia térmica através da pele da planta do nosso pé. O tapete é um mau condutor de calor e o piso cerâmico é condutor. Assim, a energia térmica fl ui mais rapidamente da nossa pele quando estamos em contato com o piso cerâmico.
Resposta: d
8 Numa noite muito fria, você f icou na sala assistindo à televisão. Após algum tempo, foi para a cama e deitou-se debaixo das cobertas (lençol, cobertor e edredom). Você nota que a cama está muito fria, apesar das cobertas, e só depois de algum tempo o local se torna aquecido.
Isso ocorre porque:
a) o cobertor e o edredom impedem a entrada do frio que se encontra no meio externo;
b) o cobertor e o edredom possuem alta condutividade térmica; c) o cobertor e o edredom possuem calor entre suas f ibras, que, ao ser
liberado, aquece a cama;
d) o cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmi-cos, que não deixam o calor liberado por seu corpo sair para o meio externo;
e) sendo o corpo humano um bom absorvedor de frio, após algum tempo não há mais frio debaixo das cobertas.
Resolução:
O cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmicos que não deixam o calor liberado por nosso corpo sair para o meio ex-terno, deixando-nos aquecidos.
Resposta: d
9 (Ufes) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha que o contém dentro de um recipiente com gelo, conforme a f igura. Para que o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha seja metálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relação ao vidro, um maior valor de:
a) condutividade térmica. b) calor específ ico.
c) coef iciente de dilatação térmica. d) energia interna.
e) calor latente de fusão. Resolução:
O metal tem maior coef iciente de condutividade térmica do que o vi-dro. O metal é bom condutor de calor e vidro é péssimo.
Resposta: a
10 Uma garrafa e uma lata de refrigerante permanecem durante vá-rios dias em uma geladeira. Quando pegamos a garrafa e a lata com as mãos desprotegidas para retirá-las da geladeira, temos a impressão de que a lata está mais fria do que a garrafa. Isso é explicado pelo fato de: a) a temperatura do refrigerante na lata ser diferente da temperatura
do refrigerante na garrafa;
b) a capacidade térmica do refrigerante na lata ser diferente da capa-cidade térmica do refrigerante na garrafa;
c) o calor específ ico dos dois recipientes ser diferente;
d) o coef iciente de dilatação térmica dos dois recipientes ser diferente; e) a condutividade térmica dos dois recipientes ser diferente. Resolução:
O metal da lata tem condutividade térmica maior do que o vidro da garrafa. Assim, ao tocarmos ambos, perderemos calor mais rapidamen-te para a lata. Por isso ela parecerá mais fria do que a garrafa.
Resposta: e
11 (UFSC) Identif ique a(s) proposição(ões) verdadeira(s): (01) Um balde de isopor mantém o refrigerante gelado porque
impe-de a saída do frio.
(02) A temperatura de uma escova de dentes é maior que a tempera-tura da água da pia; mergulhando-se a escova na água, ocorrerá uma transferência de calor da escova para a água.
(04) Se tivermos a sensação de frio ao tocar um objeto com a mão, isso signif ica que esse objeto está a uma temperatura inferior à nossa. (08) Um copo de refrigerante gelado, pousado sobre uma mesa, num
típico dia de verão, recebe calor do meio ambiente até ser atingi-do o equilíbrio térmico.
(16) O agasalho, que usamos em dias frios para nos mantermos aque-cidos, é um bom condutor de calor.
(32) Os esquimós, para se proteger do frio intenso, constroem abrigos de gelo porque o gelo é um isolante térmico.
Dê como resposta a soma dos números associados às proposições corretas.
Resolução:
(01) Falsa – O isopor impede que o calor proveniente do meio am-biente atinja o refrigerante.
(02) Verdadeira – A transferência espontânea de calor se processa do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. (04) Verdadeira – A sensação de frio é determinada pela perda de
energia térmica do nosso corpo para o objeto ou meio com o qual entra em contato.
Líquido
(08) Verdadeira – A energia térmica do ambiente será recebida pelo refrigerante gelado, aquecendo-o até o equilíbrio térmico. (16) Falsa – Os agasalhos são confeccionados com materiais que são
péssimos condutores de calor; eles são, na verdade, bons isolan-tes térmicos.
(32) Verdadeira – O gelo é um bom isolante térmico, pois possui bai-xa condutividade térmica.
Resposta: 46
12 E.R. Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e área de seção transversal de 5 cm2 tem uma de suas extremidades em
con-tato térmico com uma câmara de vapor de água em ebulição (100 °C). A outra extremidade está imersa em uma cuba que contém uma mis-tura bifásica de gelo fundente (0 °C):
Lã de vidro
A pressão atmosférica local é normal. Sabendo que o coef iciente de condutibilidade térmica do alumínio vale 0,5 cal/s cm °C, calcule: a) a intensidade da corrente térmica através da barra, depois de
es-tabelecido o regime permanente;
b) a temperatura numa seção transversal da barra, situada a 40 cm da extremidade mais quente.
Resolução:
a) No regime permanente, a corrente térmica é calculada pela Lei de Fourier:
φ = k A∆θ ᐉ Do enunciado, temos que: k = 0,5 cal/s cm °C A = 5 cm2
∆θ = 100 °C – 0 °C = 100 °C ᐉ = 50 cm
Substituindo esses valores na expressão anterior, vem: φ = 0,5 · 5 · 100
50 ⇒ φ = 5 cal/s
b) Sabemos que, no regime permanente ou estacionário, a inten-sidade da corrente térmica através da barra é constante; assim, temos: θ = ? 0 °C 100 ºC 10 cm 40 cm φ = kA (100 – ) 40 ⇒ 5 = 0,5 · 5 · (100– ) 40 ⇒ = 20 °C 13 (Unama-AM) A f igura a seguir apresenta uma barra de chum-bo de comprimento 40 cm e área de seção transversal 10 cm2
iso-lada com cortiça; um termômetro f ixo na barra calibrado na escala Fahrenheit, e dois dispositivos A e B que proporcionam, nas extre-midades da barra, as temperaturas correspondentes aos pontos do vapor e do gelo, sob pressão normal, respectivamente.
Consideran-do a intensidade da corrente térmica constante ao longo da barra, determine a temperatura registrada no termômetro, sabendo que ele se encontra a 32 cm do dispositivo A. Dado: coef iciente de con-dutibilidade térmica do chumbo = 8,2 · 10–2 · cal cm
cm2 °C s
Cortiça
B A
Resolução:
O fl uxo de calor através da barra é constante, assim os fl uxos através das partes anterior e posterior ao termômetro são iguais:
φ1 = φ2 ⇒ k A ∆θ1 L1 = k A ∆θ2 L2 ⇒ (212 – θ) 32 = (θ – 32) 8 4(θ – 32) = (212 – θ) ⇒ 4θ – 128 = 212 – θ ⇒ 5θ = 340 ⇒ θ = 68 °F Resposta: 68 °F
14 (Mack-SP) Para determinarmos o fl uxo de calor por condução através de uma placa homogênea e de espessura constante, em re-gime estacionário, utilizamos a Lei de Fourier φ = k A(θ1 – θ2)
e . A constante de proporcionalidade que aparece nessa lei matemática depende da natureza do material e se denomina Coef iciente de Con-dutibilidade Térmica. Trabalhando com as unidades do SI, temos, para o alumínio, por exemplo, um coef iciente de condutibilidade térmica igual a 2,09 · 102. Se desejarmos expressar essa constante, referente ao
alumí-nio, com sua respectiva unidade de medida, teremos: a) 2,09 · 102 cal/s b) 2,09 · 102 cal/s cm °C c) 2,09 · 102 J/s d) 2,09 · 102 J/s m K e) 2,09 · 102 J/K Resolução:
No SI, a unidade de fl uxo de calor é dado por: [φ] = [∆t][Q] = Js
Assim, na lei de Fourier, temos: J s = [k] m2 K (ou °C) m Portanto: [k] = J m s K Resposta: d
15 Na f igura a seguir, você observa uma placa de alumínio que foi utilizada para separar o interior de um forno, cuja temperatura manti-nha-se estável a 220 °C, e o meio ambiente (20 °C).
Após atingido o regime estacionário, qual a intensidade da corrente térmica através dessa chapa metálica?
Suponha que o fl uxo ocorra através da face de área maior. Dado: coef iciente de condutibilidade térmica do alumínio = 0,50 cal/s cm °C
1,5 m
2,0 m 0,50 m
Resolução:
Usando-se a Lei de Fourier, temos: φ = K A ∆θ艎 Assim: φ = 0,50 · (150 · 200) · (220 – 20) 50 φ = 6,0 · 104 cal/s Resposta: 6,0 · 104 cal/s
16 E.R. Três barras cilíndricas idênticas em comprimento e sec-ção são ligadas formando uma única barra, cujas extremidades são mantidas a 0 °C e 100 °C. A partir da extremidade mais fria, as condu-tibilidades térmicas dos materiais das barras valem:
(0,20), (0,50) e (1,0) kcal m h m2 °C
Supondo que em volta das barras exista um isolamento de vidro e desprezando quaisquer perdas de calor, calcule a temperatura nas junções onde uma barra é ligada à outra.
Resolução: C B A 0 °C 100 °C θ2 = ? θ1 = ? ᐉ ᐉ ᐉ kA = 0,20 kcal m h m2 °C kB = 0,50 kcal m h m2 °C kC = 1,0 kcal m h m2 °C
No regime permanente, o fl uxo de calor através das barras será o mesmo e permanecerá constante; portanto, podemos escrever: φ = kA AA(θ1 – 0) ᐉ A = kB AB(θ2 – θ1) ᐉ B = kC AC(100 – θ2) ᐉ C Mas AA = AB = AC e ᐉA = ᐉB = ᐉC. Logo: kA(θ1 – 0) = kB(θ2 – θ1) = kC(100 – θ2) Desmembrando, temos: kA(θ1 – 0) = kC(100 – θ2) kA(θ1 – 0) = kB(θ2 – θ1)
Substituindo os valores conhecidos, temos: 0,20θ1 = 1,0(100 – θ2) (I) 0,20θ1 = 0,50(θ2 – θ1) (II) De (II), temos: 0,20θ1 = 0,50θ2 – 0,50θ1 0,70θ1 = 0,50θ2 ⇒ θ2 = 0,70 0,50 θ1 θ2 = 1,4θ1 (III) Substituindo (III) em (I), temos:
0,20θ1 = 100 – 1,4θ1 ⇒ 1,6θ1 = 100 θ1 = 62,5 °C Voltando em (III), resulta:
θ2 = 1,4(62,5) ⇒ θ2 = 87,5 °C
17 Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e área de secção transversal 5 cm2 tem uma de suas extremidades em contato
térmico com uma câmara de vapor de água em ebulição.
A outra extremidade da barra está imersa em uma cuba que contém uma mistura bifásica de gelo e água em equilíbrio térmico. A pressão atmosférica é normal. Sabe-se que o coef iciente de condutibilidade térmica do alumínio vale 0,5 cal cm/s cm2 °C.
Vapor
Vapor
Lã de vidro Gelo e água
Qual a temperatura da secção transversal da barra, situada a 40 cm da extremidade mais fria?
Resolução:
No regime estacionário, temos: φ1 = φ2 ⇒ k A ∆θ1 L1 = k A ∆θ2 L2 ⇒ (100 – θ) 10 = (θ – 0) 40 θ = 4(100 – θ) ⇒ θ = 400 – 4θ ⇒ 5θ = 400 ⇒ θ = 80 °C Resposta: 80 °C
18 Uma barra metálica é aquecida conforme a f igura; A, B e C são termômetros. Admita a condução de calor em regime estacionário e no sentido longitudinal da barra. Quando os termômetros das extre-midades indicarem 200 °C e 80°C, o intermediário indicará:
A C B 80 cm 30 cm a) 195 °C. d) 125 °C. b) 175 °C. e) 100 °C. c) 140 °C.
Resolução:
No regime estacionário, temos: φAC = φCB ⇒ k A (θA – θC) 80 – 30 = k A (θC – θB) 30 (200 – θC) 50 = (θC – 80) 30 5θC – 400 = 600 – 3θC ⇒ 8θC = 1 000 ⇒ θC = 125 °C Resposta: d
19 A condutividade térmica do cobre é aproximadamente quatro vezes maior que a do latão. Duas placas, uma de cobre e outra de latão, com 100 cm2 de área e 2,0 cm de espessura, são justapostas como
ilus-tra a f igura dada abaixo.
Considerando-se que as faces externas do conjunto sejam mantidas a 0 °C e 100 °C, qual será a temperatura na interface da separação das placas quando for atingido o regime estacionário?
2 cm 100 °C 0 °C Latão 2 cm 100 cm2 Cobre Resolução:
No regime estacionário, temos: φ1 = φ2 k1 A (100 – θ) 2 = k2 A (θ – 0) 2 4(100 – θ) = θ ⇒ 400 – 40 = θ ⇒ 400 = 5θ θ = 80 °C Resposta: 80 °C
20 Em cada uma das situações descritas a seguir você deve reco-nhecer o processo de transmissão de calor envolvido: condução, con-vecção ou radiação.
I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas para facilitar a ida da energia térmica até o congelador por (...). II. O único processo de transmissão de calor que pode ocorrer no
vá-cuo é a (...).
III. Numa garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por (...).
Na ordem, os processos de transmissão de calor que você usou para preencher as lacunas são:
a) condução, convecção e radiação; b) radiação, condução e convecção; c) condução, radiação e convecção; d) convecção, condução e radiação; e) convecção, radiação e condução.
Resolução: I – Convecção
As grades vazadas facilitam a subida do ar quente até o congelador e a descida do ar frio até os alimentos que devem ser resfriados. II – Radiação
Na radiação, a energia térmica se propaga em ondas eletromagné-ticas, principalmente em forma de radiações infravermelhas. III – Condução
Na condução, a energia térmica passa de uma partícula para outra do meio. Assim, é imprescindível que exista em meio material para que ela ocorra.
Resposta: e
21 Usando o seus conhecimentos de transmissão de calor, analise as proposições e indique a que você acha correta.
a) A condução térmica é a propagação do calor de uma região para outra com deslocamento do material aquecido.
b) A convecção térmica é a propagação de calor que pode ocorrer em qualquer meio, inclusive no vácuo.
c) A radiação térmica é a propagação de energia por meio de ondas eletromagnéticas e ocorre exclusivamente nos fl uidos.
d) A transmissão do calor, qualquer que seja o processo, sempre ocor-re, naturalmente, de um ambiente de maior temperatura para ou-tro de menor temperatura.
e) As correntes ascendentes e descendentes na convecção térmica de um fl uido são motivadas pela igualdade de suas densidades. Resolução:
O fl uxo espontâneo da energia térmica se processa de um local de maior temperatura para outro de menor temperatura.
Resposta: d
22 (Unicentro) Analise as af irmações dadas a seguir e dê como res-posta o somatório correspondente às corretas.
(01) As três formas de propagação do calor são: condução, convecção e radiação.
(02) A radiação se processa apenas no vácuo.
(04) A condução precisa de um meio material para se processar. (08) A convecção ocorre apenas no vácuo.
(16) A convecção ocorre também no vácuo. Resolução:
(01) Correta. (02) Incorreta.
A radiação ocorre no vácuo e em meios materiais transparentes a essas ondas.
(04) Correta. (08) Incorreta. (16) Incorreta. Resposta: 05
23 (Ufes) Ao colocar a mão sob um ferro elétrico quente, sem to-car na sua superfície, sentimos a mão “queimar”. Isso ocorre porque a transmissão de calor entre o ferro elétrico e a mão se deu principal-mente através de:
a) radiação. d) condução e convecção. b) condução. e) convecção e radiação. c) convecção.
Resolução:
Essa energia térmica propaga-se até a mão, principalmente em forma de ondas eletromagnéticas. Assim, o processo pelo qual ocorreu a transmissão de calor é a radiação.
Resposta: a
24 (UFRN) Matilde é uma estudante de Arquitetura que vai fazer o seu primeiro projeto: um prédio a ser construído em Natal (RN). Ela precisa prever a localização de um aparelho de ar-condicionado para uma sala e, por ter estudado pouco Termodinâmica, está em dúvida se deve colocar o aparelho próximo do teto ou do piso.
Ajude Matilde, dando-lhe uma sugestão sobre a escolha que ela deve fazer nesse caso. (Justif ique a sua sugestão.)
Resolução:
Matilde deve colocar o aparelho de ar-condicionado na parede, próxi-mo ao teto. O ar frio lançado pelo aparelho na sala deve descer e o ar quente, que está embaixo, subir.
Resposta: Na parte superior da parede.
25 (UFBA) O vidro espelhado e o vácuo existente entre as paredes de uma garrafa térmica ajudam a conservar a temperatura da substân-cia colocada no seu interior.
Isso ocorre porque:
(01) a radiação térmica não se propaga no vácuo. (02) o vidro é um bom isolante térmico.
(04) as paredes espelhadas minimizam a perda de energia por con-dução.
(08) o vácuo entre as paredes evita que haja propagação de calor por condução e por convecção.
(16) a radiação térmica sofre refl exão total na interface da substância com o vidro espelhado.
(32) fechando bem a garrafa, não haverá trocas de calor com o meio externo através da convecção.
Dê como resposta o somatório dos números correspondentes às af irmativas corretas.
Resolução: (01) Incorreta. (02) Correta.
(04) Incorreta – Superfícies espelhadas minimizam a perda de ener-gia térmica por radiação. As paredes espelhadas refl etem ondas eletromagnéticas.
(08) Incorreta – O vácuo apenas impede a condução. Para que haja perdas de calor por convecção, é necessário que o sistema tro-que partículas com o meio externo.
(16) Correta. (32) Correta. Resposta: 50
26 Na praia, você já deve ter notado que, durante o dia, a areia es-quenta mais rápido que a água do mar e, durante a noite, a areia esfria mais rápido que a água do mar. Isso ocorre porque o calor específ ico da água é maior que o da areia (a água precisa receber mais calor, por unidade de massa, para sofrer o mesmo aquecimento da areia). Esse fato explica a existência da brisa:
a) do mar para a praia, à noite; d) sempre do mar para a praia; b) da praia para o mar, durante o dia; e) sempre da praia para o mar. c) do mar para a praia, durante o dia;
Resolução:
Durante o dia, a brisa sopra do mar para a terra. Durante a noite, a brisa sopra da terra para o mar.
Resposta: c
27 (UFV-MG) Um resistor R é colocado dentro de um recipiente de parede metálica – no qual é feito vácuo – que possui um termômetro incrustado em sua parede externa. Para ligar o resistor a uma fonte ex-terna ao recipiente, foi utilizado um f io, com isolamento térmico, que impede a transferência de calor para as paredes do recipiente. Essa si-tuação encontra-se ilustrada na f igura abaixo.
Vácuo R
+ –
Metal Termômetro
Ligando o resistor, nota-se que a temperatura indicada pelo termôme-tro aumenta, mostrando que há transferência de calor entre o resistor e o termômetro. Pode-se af irmar que os processos responsáveis por essa transferência de calor, na ordem correta, são:
a) primeiro convecção e depois radiação. b) primeiro convecção e depois condução. c) primeiro radiação e depois convecção. d) primeiro radiação e depois condução. e) primeiro condução e depois convecção. Resolução:
Na região de vácuo, a energia térmica propaga-se por radiação. Atra-vés do metal (meio sólido), o calor propaga-se por condução.
Resposta: d
28 (UFMG) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizada em sistemas de aquecimento de água.
Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor de energia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reser-vatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostrado nesta f igura:
Reservatório
Coletor de energia solar
No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligados por vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra no coletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção. Nas quatro alternativas, estão representadas algumas formas de se conectar o reservatório ao coletor. As setas indicam o sentido de cir-culação da água.
Indique a alternativa em que estão corretamente representados o sentido da circulação da água e a forma mais ef iciente para se aquecer toda a água do reservatório.
Reservatório Coletor Reservatório Coletor Reservatório a) c) b) d) Coletor Reservatório Coletor Resolução:
A água quente sobe (é menos densa) e a água fria desce (é mais densa). A convecção ocorre devido ao campo gravitacional da Terra.
Resposta: d
29 Na cidade de São Paulo, em dias de muito frio é possível obser-var o fenômeno conhecido como inversão térmica, que provoca um aumento considerável nos índices de poluição do ar (tem-se a impres-são de que os gases poluentes não conseguem subir para se disper-sar). Nos dias quentes ocorre o oposto, os gases poluentes sobem e são dispersados pelas correntes de ar. Esse processo de movimentação de massas gasosas, a temperaturas diferentes, ocorre devido à:
a) elevação da pressão atmosférica. d) condução térmica. b) convecção térmica. e) criogenia c) radiação térmica.
Resolução:
Nos dias quentes, o ar que se encontra próximo ao solo é mais quente que o ar de camadas superiores. Assim, ocorre a convecção térmica. Nos dias frios, o ar próximo ao solo pode estar a temperaturas menores do que o ar das camadas superiores. Assim, não ocorre convecção tér-mica, não dispersando os poluentes.
Resposta: b
30 Ao contrário do que se pensa, a garrafa térmica não foi criada originalmente para manter o café quente. Esse recipiente foi inventado pelo físico e químico inglês James Dewar (1842–1923) para conservar substâncias biológicas em bom estado, mantendo-as a temperaturas estáveis. Usando a observação do físico italiano Evangelista Torricelli (1608–1647), que descobriu ser o vácuo um bom isolante térmico, Dewar criou uma garrafa de paredes duplas de vidro que, ao ser
lacra-da, mantinha vácuo entre elas. Para retardar ainda mais a alteração de temperatura no interior da garrafa, ele espelhou as paredes, tanto nas faces externas como nas faces internas. Dewar nunca patenteou sua invenção, que considerava um presente à Ciência. Coube ao alemão Reinhold Burger, um fabricante de vidros, diminuir o seu tamanho, lan-çando-a no mercado em 1903. Tampa Vácuo Parede dupla de vidro espelhado Líquido em temperatura diferente da do meio externo
A respeito do texto acima, indique a alternativa correta.
a) Na garrafa térmica, o vácuo existente entre as paredes duplas de vidro tem a f inalidade de evitar trocas de calor por convecção. b) As paredes espelhadas devem evitar que as ondas de calor saiam
ou entrem por condução.
c) Apesar de o texto não se referir ao fato de que a garrafa deve per-manecer bem fechada, isso deve ocorrer para evitar perdas de calor por convecção.
d) O vácuo existente no interior das paredes duplas de vidro vai evitar perdas de calor por radiação.
e) As paredes espelhadas não têm função nas trocas de calor; foram apenas uma tentativa de tornar o produto mais agradável às pes-soas que pretendessem comprá-lo.
Resolução:
a) Incorreta. O vácuo tem a f inalidade de impedir a transferência de calor por condução.
b) Incorreta. As paredes espelhadas refl etem as radiações eletromag-néticas (principalmente o infravermelho), impedindo trocas de energia por radiação.
c) Correta.
d) Incorreta. A radiação é o único processo de transmissão de calor que pode ocorrer no vácuo.
e) Incorreta. Resposta: c
31 Analisando uma geladeira doméstica, podemos af irmar: I. O congelador f ica na parte superior para favorecer a condução do
calor que sai dos alimentos e vai até ele.
II. As prateleiras são grades vazadas (e não chapas inteiriças), para permitir a livre convecção das massas de ar quentes e frias no inte-rior da geladeira.
III. A energia térmica que sai dos alimentos chega até o congelador, principalmente, por radiação.
IV. As paredes das geladeiras normalmente são intercaladas com material isolante, com o objetivo de evitar a entrada de calor por condução.
Quais são as af irmativas corretas? a) Apenas a af irmativa I. b) Apenas as af irmativas I, II e III. c) Apenas as af irmativas I e III. d) Apenas as af irmativas II e IV. e) Todas as af irmativas. Resolução:
I. Incorreta – O congelador f ica na parte superior para favorecer a convecção do ar quente.
II. Correta.
III. Incorreta – A energia térmica sai dos alimentos e chega ao conge-lador, principalmente, por convecção.
IV. Correta. Resposta: d
32 (Enem) A refrigeração e o congelamento de alimentos são res-ponsáveis por uma parte signif icativa do consumo de energia elétrica numa residência típica.
Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser toma-dos alguns cuidatoma-dos operacionais:
I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios en-tre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do ar quente para cima.
II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de calor no congelador.
III. Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e a poeira que nele se depositam não reduzam a transferência de calor para o ambiente.
Para uma geladeira tradicional, é correto indicar, apenas, a) a operação I. d) as operações I e III. b) a operação II. e) as operações II e III. c) as operações I e II.
Resolução:
I. Correta – O resfriamento dos alimentos ocorre principalmente de-vido à convecção do ar que circula no interior da geladeira. O ar quente (menos denso) sobe até o congelador, e o ar frio (mais den-so) desce até os alimentos. Deixando espaços vazios, a convecção do ar é facilitada.
II. Incorreta – O gelo que se forma na parede do congelador funcio-na como material isolante, dif icultando as trocas de calor com o ar aquecido pelos alimentos.
III. Correta – A energia térmica também retirada do interior da gela-deira é irradiada para o interior da cozinha através da serpentina existente na parte traseira. A poeira e a gordura que, com o tempo, são depositadas na grade que f ica atrás da geladeira formam uma película que dif iculta essa irradiação. Assim, a limpeza periódica dessa grade levaria à economia de energia.
Resposta: d
33 A comunidade científ ica há tempos anda preocupada com o aumento da temperatura média da atmosfera terrestre. Os cientistas atribuem esse fenômeno ao chamado efeito estufa, que consiste na “retenção” da energia térmica junto ao nosso planeta, como ocorre nas estufas de vidro, que são usadas em locais onde em certas épocas do ano a temperatura atinge valores muito baixos. A explicação para esse
acontecimento é que a atmosfera (com seus gases naturais mais os ga-ses poluentes emitidos por automóveis, indústrias, queimadas, vulcões etc.) é pouco transparente aos raios solares na faixa:
a) das ondas de rádio; b) das ondas ultravioleta; c) das ondas infravermelhas;
d) das ondas correspondentes aos raios gama; e) das ondas correspondentes aos raios X. Resolução:
A atmosfera poluída faz o papel do vidro nas estufas. Ela é pouco trans-parente para os raios solares na faixa do infravermelho (ondas de calor).
Resposta: c
34 (Vunesp-SP) Uma estufa para a plantação de fl ores é feita com teto e paredes de vidro comum. Dessa forma, durante o dia, o ambien-te inambien-terno da estufa é mantido a uma ambien-temperatura mais alta do que o externo. Isso se dá porque o vidro comum:
a) permite a entrada da luz solar, mas não permite a saída dos raios ultravioleta emitidos pelas plantas e pelo solo da estufa.
b) é transparente à luz solar, mas opaco aos raios infravermelhos emi-tidos pelas plantas e pelo solo da estufa.
c) é opaco à luz solar, mas transparente aos raios infravermelhos emi-tidos pelas plantas e pelo solo da estufa.
d) ao ser iluminado pela luz solar, produz calor, aquecendo as plantas.
e) não permite a entrada da luz solar, mas permite a saída dos raios ultravioleta, emitidos pelas plantas e pelo solo da estufa.
Resolução:
O vidro da estufa é transparente à luz solar e opaco às radiações na faixa de infravermelho (ondas de calor).
Resposta: b
35 (Uepa) A área total das paredes externas de uma geladeira é 4,0 m2 e a diferença de temperatura entre o exterior e o interior da
geladeira é 25 °C. Se a geladeira tem um revestimento de poliestireno com 25 mm de espessura, determine a quantidade de calor que fl ui através das paredes da geladeira durante 1,0 h, em watt-hora. A con-dutividade térmica do revestimento de poliestireno é 0,01 W/(m °C). Resolução:
Usando-se a Lei Fourier, temos: φ = Q ∆t = k A ∆θ L Q 1,0 = 0,01 · 4,0 · 2525 · 10–3 Q = 40 Wh Resposta: 40 Wh
36 (Mack-SP) Numa indústria têxtil, desenvolveu-se uma pesquisa com o objetivo de produzir um novo tecido com boas condições de isolamento para a condução térmica. Obteve-se, assim, um material adequado para a produção de cobertores de pequena espessura (uniforme). Ao se estabelecer, em regime estacionário, uma diferença de temperatura de 40 °C entre as faces opostas do cobertor, o fl uxo
de calor por condução é 40 cal/s para cada metro quadrado de área. Sendo k = 0,00010 cal/s cm °C o coef iciente de condutibilidade tér-mica desse novo material e a massa correspondente a 1,0 m2 igual a
0,5 kg, sua densidade é:
a) 5,0 · 106 g/cm3. d) 5,0 · 10–1 g/cm3.
b) 5,0 · 102 g/cm3. e) 5,0 · 10–2 g/cm3.
c) 5,0 g/cm3.
Resolução:
Usando a Lei de Fourier, temos: φ = k A ∆θL 40 = 0,00010 · 1,0 · 10 4 · 40 L ⇒ L = 1,0 cm Assim: d = m v = mA L ⇒ d = 0,5 · 103 1,0 · 104 · 1,0 d = 5,0 · 10–2 g/cm3 Resposta: e
37 (Mack-SP) Tem-se três cilindros de secções transversais iguais de cobre, latão e aço, cujos comprimentos são, respectivamente, 46 cm, 13 cm e 12 cm. Soldam-se os cilindros, formando o perf il em Y, indicado na f igura. O extremo livre do cilindro de cobre é mantido a 100 °C e dos cilindros de latão e aço, a 0 °C. Supor que a superfície la-teral dos cilindros esteja isolada termicamente. As condutividades tér-micas do cobre, latão e aço valem, respectivamente, 0,92, 0,26 e 0,12, expressas em cal cm–1 s–1 °C–1. No regime estacionário de condução,
qual a temperatura na junção? 0 °C Aço (12 cm) Latão (13 cm) 0 °C 100 °C Cobre (46 cm) Junção Resolução: φCu = φlatão + φaço k A ∆θ L Cu = k A ∆θL latão + k A ∆θL aço 0,92 · A(100 – θ) 46 = 0,26 · A(θ – 0) 13 + 0,12 · A(θ – 0) 12 0,02 · A(100 – θ) = 0,02 · A · θ + 0,01 · A · θ 2(100 – θ) = 2θ + θ 200 – 2θ = 3θ 200 = 5θ θ = 40 °C Resposta: 40 °C
38 (Mack-SP) A f igura I mostra uma barra metálica de secção trans-versal quadrada. Suponha que 10 cal fl uam em regime estacionário através da barra, de um extremo para outro, em 2 minutos. Em segui-da, a barra é cortada ao meio no sentido transversal e os dois pedaços são soldados como representa a f igura II. O tempo necessário para que 10 cal fl uam entre os extremos da barra assim formada é:
Figura II Figura I 100 °C 0 °C 0 °C 100 °C a) 4 minutos. d) 1 minuto. b) 3 minutos. e) 0,5 minuto. c) 2 minutos. Resolução: Na f igura I: φ = ∆tQ 1 = k A ∆θ L ⇒ Q = k A ∆θ L (2) (I) Na f igura II: φ = ∆tQ 2 = k 2A ∆θ L 2 ⇒ Q = 4 · k A ∆θ L ∆t2 (II)
Igualando-se (I) e (II), vem: k 4 A ∆θ L · ∆t2 = k A ∆θ L (2) 4 ∆t2 = 2 ⇒ ∆t2 = 0,5 min Resposta: e
39 Numa sauna, para separar a sala de banho do escritório, usou-se uma parede de tijolos com 12 cm de espessura. A parede foi revestida do lado mais quente com uma camada de madeira com 6 cm de es-pessura e, do lado mais frio, com uma camada de cortiça com 3 cm de espessura. A temperatura da sauna é mantida a 70 °C, enquanto a do ambiente do escritório, a 20 °C. Determine as temperaturas nos pontos de separação madeira/tijolo e tijolo/cortiça, após ser estabelecido o regime permanente.
Dados: kmadeira = 2 · 10–4 cal/s cm °C;
ktijolo = 15 · 10–4 cal/s cm °C;
kcortiça = 1 · 10–4 cal/s cm °C.
Resolução:
No regime estacionário, vale: φmadeira = φtijolo = φcortiça
k A ∆θ
L madeira = k A ∆θL tijolo = k A ∆θL cortiça
Sendo θ1 a temperatura do ponto de separação madeira/tijolo e θ2 a temperatura do ponto tijolo/cortiça, temos:
2 · 10–4 · A(70 – θ 1) 6 = 15 · 10–4 · A(θ 1 – θ2) 12 = 1· 10–4 · A(θ 2 – 20) 3 Assim: 2 · 10–4 · A(70 – θ 1) 6 = 15 · 10–4 · A(θ 1 – θ2) 12 ⇒ θ1 = 15θ2 + 280 19 (I) 15 · 10–4 · A(θ 1 – θ2) 12 = 1 · 10–4 · A(θ 2 – 20) 3 ⇒ θ1 = 19θ2 – 80 15 (II) Igualando-se (I) e (II), vem:
15θ2 + 280 19 = 19θ2 – 80 15 ⇒ θ2 ⯝ 42 °C Em I, temos: θ1 = 15(42) + 280 19 ⇒ θ1 ⯝ 48 °C Respostas: 42 °C e 48 °C 40 (IMS-SP)
Terra quente Terra fria
Dia Noite
Mar frio Mar quente
Na região litorânea, durante o dia sopra a brisa marítima, à noite sopra a brisa terrestre. Essa inversão ocorre porque:
a) o ar aquecido em contato com a terra sobe e produz uma região de baixa pressão, aspirando o ar que está sobre o mar, criando assim correntes de convecção e, à noite, ao perder calor, a terra se resfria mais do que o mar, invertendo o processo.
b) o mar não conserva temperatura e, enquanto está em movimento, faz deslocar a brisa para a terra.
c) o ar aquecido em contato com a terra sobe e produz uma região de alta pressão, resultando em uma diminuição da temperatura do ar que vem do mar por condução.
d) a terra aquece-se durante a noite e faz com que o mar se aqueça também, movimentando as correntes terrestres.
e) a terra e o mar interagem, pois o calor específ ico da terra, sendo muito maior que o da água, não permite que ela (terra) se resfrie mais rápido que o mar, permitindo, assim, que se formem corren-tes de convecção, que são responsáveis pelas brisas marítimas e terrestres.
Resolução:
O processo descrito envolvendo deslocamentos das massas de ar, pro-vocados por diferenças de densidade (ar frio mais denso e ar quente menos denso), traduz o fenômeno denominado convecção térmica. A água tem calor específ ico maior que o da areia, o que signif ica que, para a mesma variação de temperatura, necessita de maior troca de calor. Isso explica o fato de a água, durante o dia, demorar mais para se aquecer (a areia f ica mais quente que a água) e, durante a noite, demo-rar mais para se resfriar (a água f ica mais quente que a areia).
Resposta: a
41 (Uepa) O efeito estufa é um fenômeno natural, característico de planetas onde existe atmosfera. Ele acontece na atmosfera da Terra e também na de Vênus, onde o efeito é muito acentuado e a tempe-ratura alcança valores de cerca de 460 °C. Embora importante para a manutenção da vida no planeta, hoje é uma preocupação para muitos ambientalistas e cientistas. Com base em seus conhecimentos sobre o efeito estufa, analise as seguintes af irmativas:
I. Existem materiais, como o vidro, que permitem a passagem de luz, mas dif icultam a passagem de radiação térmica. Numa estufa com cobertura de vidro, por exemplo, parte da luz que entra é absorvida pelas plantas. Estas, sendo aquecidas, emitem radiação infraverme-lha, que tem dif iculdade para atravessar o vidro e aquece o interior da estufa. Esse efeito é semelhante ao que acontece na atmosfera da Terra, daí o nome “efeito estufa”.
II. O efeito estufa é importante porque retém o calor na Terra, possi-bilitando a vida de animais e vegetais. Sua intensif icação é que é danosa, ocasionando o aumento da temperatura do planeta. Como consequência disso, dentre outras ocorrências, parte da ilha do Ma-rajó poderá ser inundada e os furacões no Caribe poderão ser mais frequentes e devastadores.
III. No efeito estufa, a radiação solar atravessa a atmosfera, parte é absorvida pela Terra e parte é refl etida. Uma parcela da radiação absorvida é reemitida na forma de raios ultravioleta (ondas de calor), que têm pequeno comprimento de onda e dos quais uma pequena parte é absorvida, principalmente pelo gás carbônico, va-por d’água e metano, nas altas camadas atmosféricas, criando um manto quente na superfície da Terra.
IV. Na Lua, não há ocorrência de efeito estufa em virtude de não existir atmosfera. Isso é uma das causas de as temperaturas no nosso satéli-te variarem entre –150 °C duransatéli-te a noisatéli-te e 100 °C duransatéli-te o dia. Estão corretas somente as af irmativas:
a) I, II e IV. c) I, III e IV. e) II e IV. b) I, II e III. d) I e II.
Resolução: I. Correta.
II. Correta – Um aquecimento grande na atmosfera pode ocasionar derretimento das geleiras, aumento do nível dos mares e de rios. Correntes marítimas também podem alterar suas temperaturas, o que provoca diferenças de pressão na atmosfera, produzindo des-locamento de massas de ar (ciclones, furacões).
III. Incorreta – As ondas de calor são formadas por radiações infraver-melhas e não ultravioletas.
IV. Correta. Resposta: a
42 (Cefet-MG) Durante uma aula de Física, três alunas citam exem-plos relacionados ao tema “transmissão de calor”, conforme transcrito abaixo:
“Garrafas térmicas são úteis para conservar bebidas quentes e frias. Essas garrafas são constituídas de uma ampola de vidro de paredes duplas, espelhadas interna e externamente. Entre as paredes de vidro, quase todo o ar é retirado. O espelhamento impede trocas de calor por radiação e o ar retirado entre as paredes impede trocas de calor por radiação e convecção.” (Júlia)
“Dif icilmente conseguimos segurar o bulbo de uma lâmpada de f ila-mento que está acesa. O aqueciila-mento do bulbo se dá através da radia-ção que o f ilamento emite quando aquecido.” (Maíra)
