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Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exercícios 9F ÍSICA E Q UÍMICA A - 10 º ANO
Exercícios resolvidos e propostos
Unidade 1 de Física: desde Mecanismos de transferência de energia até ao final
Exercícios resolvidos
1. Uma bola de chumbo, de massa 15 g, choca com uma parede à velocidade de 150 m/s, ficando nela incrustada. Se 25% da energia cinética da bala for transferida para as vizinhanças sob a forma de calor e na deformação da parede, calcula o aumento de temperatura da bala. (cchumbo=159 J kg-1 ºC-1)
Se 25% da energia é dissipada é porque 75% desta é útil, isto é, é energia transferida para a bala sob a forma de calor. Então, é preciso calcular a energia cinética da bala.
m = 15 g = 0,015 kg
Q = 0,75 Ec = 0,75 × 169 = 127 J
Q = m c T ⇒ 127 = 0,015 × 159 × T ⇒ T = 53,2 ºC A bala sofre um aumento de 53,2 ºC.
2. Calcula a área de um painel fotovoltaico necessário para alimentar um computador que precisa de 500 W de potência para funcionar. Admite que a potência da radiação solar que atinge o painel, por unidade de área, é de 400 W e que o rendimento é de 30%.
Dados:
Pútil = 500 W
= 30%
A = ?
A potência por unidade de área é intensidade da radiação, logo I = 400 W m-2
Da radiação solar que atinge o painel, somente 30% é utilizada para a produção de energia eléctrica:
Iútil = 0,30 × 400 = 120 W m-2
Então, a área de painel necessária será:
3. A temperatura de 100 g de um líquido, cuja capacidade térmica mássica de 0,5 J g-1 ºC-1, sobe de para 30 ºC. Em quantos segundos será realizado esse aquecimento com uma fonte que tem uma potência de 50W?
Dados:
c = 0,5 J g-1 ºC-1
T = 30 – (-10) = 40 ºC P = 50 W
t = ?
Primeiro, é preciso calcular a energia que é transferida para a água sob a forma de calor.
Q = m c T ⇒ Q = 100 × 0,5 × 40 = 2000 J
⇒
⇒ O aquecimento é realizado durante 40 s.
4. Uma pessoas está tapada por um cobertor cuja condutividade térmica é 0,06 J s-1 m-1 ºC-1. A pele está a 37 ºC e o ar a 10 ºC. Sabe-se, também, que a quantidade de calor que é transferida, por cada metro quadrado de área do cobertor, durante 1,5 horas, é 630 kcal. Qual a espessura do cobertor?
Dados:
k = 0,06 J s-1 m-1 ºC-1
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Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exercícios 9 Q = 630 kcal = 630 × 1000 cal = 630 000 cal = 630 000 × 4,18 J = 2,63×106 Jt = 1,5 h = 1,5 × 3600 s = 5400 s A = 1m2
O cobertor terá uma espessura de 3,3, mm.
5. Supõe que um bloco de gelo, de massa m, se encontra, inicialmente, à temperatura de 0 ºC. Durante um certo intervalo de tempo forneceu-se uma energia de 700 cal, atingindo-se a temperatura final de 60,4 ºC. Calcula a massa m do bloco de gelo, considerando que:
são desprezáveis todos os outros tipos de transferência de energia entre o bloco e as suas vizinhanças;
Hfusão = 3,33×105 J kg-1;
cágua = 4180 J kg-1 K-1 Dados:
Q = 700 cal = 700 × 4,18 J = 2,93×103 J
T = 60,4 – 0 = 60,4 ºC
É necessário tem em consideração que as 700 cal foram utilizadas para duas etapas, primeiro fundir o gelo e depois fazer com que a água, agora líquida, ficasse a 60,4 ºC.
Energia necessária para fundir o gelo (E1):
E1 = m × Hfusão ⇒ E1 = m × 3,33×105 J Energia necessária para aquecer a água (E2):
Como há variação de temperatura, esta energia foi transferida sob a forma de calor.
E2 = Q ⇒ E2 = m c T ⇒ E2 = m × 4180 × 60,4 A energia total (as 700 cal) será:
E1 + E2 = 2,93×103 ⇒ m × 3,33×105 + m × 4180 × 60,4 = 2,93×103 ⇒ -3 kg = 5,00 g
Exercícios propostos
6. Para cada uma das seguintes afirmações, escolhe a hipótese que completa correctamente a frase.
6.1. A transferência de energia sob a forma de calor ocorre sempre…
A - … no vazio.
B - … entre dois sólidos.
C - … do corpo de menor temperatura para o corpo a maior temperatura.
D - … do corpo de maior temperatura para o corpo a maior temperatura.
6.2. A transferência de energia sob a forma de calor por condução só é possível…
A - … nos sólidos.
B - … nos líquidos.
C - … no vazio.
D - … nos maior materiais.
6.3. Nos líquidos, a energia sob a forma de calor propaga-se por…
A - … condução interna.
B - … convecção.
C - … condução externa.
D - … irradiação.
6.4. Quando se coloca a mão fora da janela de um automóvel em andamento, aquela arrefece rapidamente.
Isto deve-se:
A - … a estar mais frio fora do que dentro do automóvel.
B - … à convecção que acelera as transferências de calor.
C - … à irradiação que é acelerada pelo movimento.
D - … à condução de calor da mão para o ar.
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Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exercícios 9 020 40 60 80
0 5 10 15 20 25
Q/cal
T/ºC
7. Um bloco de ferro de 150 g de massa perde 700 J de energia sob a forma de calor. Sabendo que inicialmente se encontrava a 45 ºC e que a capacidade térmica mássica do ferro é 460 J kg-1 ºC-1, calcula a sua temperatura final.
8. Um alfinete de prata, de massa 20 g, encontra-se a 160 ºC e é colocado dentro de 28 g água que se encontra, inicialmente, a 30 ºC. Qual a temperatura final de equilíbrio térmico, admitindo apenas trocas de calor entre a prata e a água? (Dados: cprata = 0,235 J g-1 ºC-1; cágua = 0,200 J g-1 ºC-1)
9. O gráfico 1 relaciona a quantidade de energia absorvida sob a forma de calor por um corpo de massa 20 g, em função da temperatura a que se encontra. Calcula a sua capacidade térmica mássica.
10. Um colector solar sofre um aquecimento devido à radiação incidente com uma potência de 800W por metro quadrado. O rendimento das transferências no interior do colector até à água é de cerca de 20%. Que área deverá ter o colector para aquecer 100 L de água de 18 ºC até 29ºC, em 4 h? (dados: água= 1,0 g/mL; cágua = 4,2 kJ kg-1 ºC-1)
11. O gráfico 2 representa o calor absorvido por dois corpos sólidos, M e N, com a mesma massa, em função da temperatura. A capacidade térmica mássica do corpo M em relação ao corpo N é:
(A) 1,4 (B) 5,0 (C) 5,5 (D) 6,0 (E) 7,0
12. Para bater claras em castelo, usou-se uma batedeira, durante 8 min, tendo-se fornecido 7500 J de energia.
Ao fim de 8 min, a batedeira aqueceu, tendo sido transferidos 3250 J de energia sob a forma de calor.
Calcula a variação de energia interna das claras, em quilojoule.
13.Uma pessoa em repouso liberta calor a uma taxa aproximada de 200 W. Supõe que seis pessoas ficam presas num elevador durante 2,5 min. Calcula:
a) o calor total libertado pelas pessoas no elevador, nesse período de tempo;
b) o aumento de temperatura de 5,0 m3 de ar contido no elevador, se este absorvesse todo o calor libertado pelas seis pessoas.
14. Ao trocar de roupa, uma pessoa fica nua durante 2 min num quarto que se encontra à temperatura de 15 ºC.
A pele tem uma área de 1,7 m2, emissividade igual a 0,8 e está à temperatura de 37 ºC.
a) Calcula a potência que é irradiada pelo corpo, por unidade de área, para o ar envolvente.
b) Calcula a potência da radiação que a pele absorve da vizinhança, por unidade de área.
c) Qual é o balanço da energia emitida/recebida pelo corpo, em kcal, durante o tempo indicado?
15. Misturaram-se 200 g de leite (que estão a 40 ºC) com 50 g de café a 80 ºC. Verificou-se que a temperatura de equilíbrio térmico foi de 48 ºC. A razão entre a capacidade térmica do leite cL) e do café (cC) é:
(A) cL= 4 cC
(B) cL= 2 cC
(C) cL= cC/4 (D) cL= cC
(E) cL= cC/2
Gráfico 1
110 550
0 150 300 450 600
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Q/cal
T/ºC
N M
Gráfico 2
4
Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exercícios 9 -20-10 0 10 20 30 40 50 60
T/ºC
Q/kcal
3,2 16 17,6
16. O gráfico representa a temperatura correspondente à mudança de estado de 200 g de uma substância, em função do calor absorvido (Q). Escolhe a opção que traduz as capacidades térmicas mássicas dessa substância nas fases sólida e líquida, em cal g-1 ºC-1.
(A) 1,0 e 0,5 (B) 0,80 e 0,20 (C) 0,50 e 0,12 (D) 0,50 e 0,05 (E) 0,40 e 0,10
17. Sobre um sistema termodinâmico incide radiação electromagnética, proveniente de um laser, à razão de 800 mJ por segundo. Por outro lado, o sistema radia, para o exterior, em média, 200 mJ por segundo. Quanto tempo é necessário decorrer para que a energia interna do sistema aumente de 6,0 J?
18. Supõe que tens 2,0 kg de água líquida a 100 ºC dentro de uma cafeteira eléctrica fechada. Durante quanto tempo é necessário manter a cafeteira eléctrica ligada para que toda a massa de água passe ao estado gasoso, sabendo que a potência da cafeteira é de 1500 W? Considera desprezáveis todos os outros tipos de transferência de energia entre a água e as suas vizinhanças e que a entalpia de vaporização da água é de 2,256×105 J kg-1.
19. Colocam-se três barras de materiais diferentes, cobre, ferro e vidro, em contacto com uma chama. A extremidade oposta de cada uma das barras é envolvida em cera, na qual se faz aderir um grão de milho. Ao fim de um certo tempo, os grãos caem. Qual a ordem por que vão cair?
Dados: kCu = 398 W m-1 K-1; kvidro = 0,8 W m-1 K-1; kFe = 80,3 W m-1 K-1 20. Como explicas que:
a) um nevão provoque um aumento da temperatura ambiente?
b) uma fricção com álcool exerça uma função refrescante num doente com febre?
SOLUÇÕES 6.1) A 6.2) A 6.3.) B 6.4.) D 7) 34,9 ºC 8) 89,4 ºC 9) 418 J kg-1 ºC-1 10) 321 W 11) (E) 12) 4,25 kJ 13a) 1,8×105 J 13b) 30 ºC 14a) 419 W m-2 14b) 351 W m-2 14c) 1,95 kcal 15) (D) 16) (B) 17) 10 s 18) 301 s
19) cobre, ferro e vidro
