Exercício 4 Fenomenos físicos

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Aluno: FRANCISCA BRUNNA PEREIRA BRAZ Matr.: 202204346397 
Disc.: FENÔMENOS FÍSICOS 2023.4 EAD (G) / EX 
 
Prezado (a) Aluno(a), 
 
Você fará agora seu EXERCÍCIO! Lembre-se que este exercício é opcional, mas não valerá 
ponto para sua avaliação. O mesmo será composto de questões de múltipla escolha. 
Após responde cada questão, você terá acesso ao gabarito comentado e/ou à explicação da 
mesma. Aproveite para se familiarizar com este modelo de questões que será usado na sua AV 
e AVS. 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO À FÍSICA TÉRMICA 
 
 
 
 
1. 
 
 
As substâncias, tanto em estado líquido quanto em estado sólido, possuem uma característica 
intrínseca de se dilatar (na maioria dos casos) com aumento da temperatura. Para determinar o 
quanto a substância se dilatará, é necessário conhecer seu coeficiente de dilatação térmica. 
Em líquidos, normalmente, esse coeficiente é fornecido em termos volumétricos. Já em sólidos, 
normalmente, esse coeficiente é fornecido em termos lineares. 
Imagine que um material possui coeficiente de dilatação volumétrico igual a 1,0 x 10-4 oC-1. Isso 
significa que: 
 
 O material sofre uma variação percentual em seu comprimento igual a 0,03% para cada 1 
°C de variação de temperatura. 
 O material sofre uma variação em seu comprimento igual a 100 cm para cada 1 °C de 
variação de temperatura. 
 O material sofre uma variação percentual em seu volume igual a 0,0001% para cada 1 °C 
de variação de temperatura. 
 
 O material sofre uma variação percentual em seu volume igual a 0,01% para cada 1 °C 
de variação de temperatura. 
 O material sofre uma variação em seu volume igual a 100 cm3 para cada 1 °C de 
variação de temperatura. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:30 
 
Explicação: 
A opção correta é: O material sofre uma variação percentual em seu volume igual a 0,01% 
para cada 1 °C de variação de temperatura. 
O coeficiente de dilatação volumétrico (ou coeficiente de expansão volumétrica) é a 
variação relativa de volume por unidade de variação de temperatura. Em outras palavras, 
ele nos informa quanto o volume de uma substância varia para cada grau de variação na 
temperatura. 
Dado o coeficiente de dilatação volumétrico β = 1,0 x 10⁻⁴ °C⁻¹, ele indica a variação 
percentual em volume para uma variação de temperatura de 1 °C. 
Para determinar a variação percentual, multiplica-se o coeficiente por 100: 
Variação percentual = β x 100 = (1,0 x 10⁻⁴) x 100 = 0,01% 
 
 
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2. 
 
 
Deseja-se encaixar um cilindro de aço com diâmetro de 80 cm em um orifício de 79,5 cm de 
diâmetro feito em uma placa de alumínio. 
Dados: 
- Coeficiente de dilatação linear do aço = 1,2 x 10 °C-1; 
- Coeficiente de dilatação do alumínio = 2,4 x 10-5 °C-1. 
A que temperatura devemos elevar esses dois elementos aproximadamente, sabendo que, 
inicialmente, ambos se encontram a 20 °C? 
 410 oC 
 
 550 oC 
 
 620 oC 
 430 oC 
 530 oC 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:32 
 
Explicação: 
A opção correta é: 550 °C 
Para encaixar o cilindro de aço no orifício da placa de alumínio, o orifício deve se expandir o suficiente 
para superar o diâmetro do cilindro. Isso significa que a diferença de diâmetro, que é de 0,5 cm, deve 
ser coberta pela expansão do orifício e/ou pela contração do cilindro de aço. 
Vamos denotar: 
ΔT como a mudança na temperatura (em relação aos 20°C iniciais). 
αaço como o coeficiente de dilatação linear do aço. 
αalum. como o coeficiente de dilatação linear do alumínio. 
ΔLaço como a mudança no raio do cilindro de aço. 
ΔLalum. como a mudança no raio do orifício de alumínio. 
raço o como o raio inicial do cilindro de aço = 40 cm. 
ralum. como o raio inicial do orifício de alumínio = 39,75 cm. 
Dado que: △L=α×Linicial×△T△�=�×��������×△� 
Podemos escrever: 
△Laco=αaco×raco×△T△����=����×����×△� 
△Lalum.=αalum.×ralum.×△T△�����.=�����.×�����.×△� 
A mudança total no raio necessário para que o cilindro de aço encaixe no orifício de alumínio é 0,25 cm 
(metade da diferença de diâmetros). Isso pode ser expresso como: 
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△Lalum.−△Laco.=0,25△�����.−△����.=0,25 
αalum.×ralum.×△T−αaco×raco×△T=0,25�����.×�����.×△�−����×����×△
�=0,25 
(2,4×10−5×39,75−1,2×10−5×40)×△T=0,25(2,4×10−5×39,75−1,2×10−5×40)×△�=0,25 
(0,000954−0,000474)×△T=0,25(0,000954−0,000474)×△�=0,25 
△T=527,43°C△�=527,43°� 
Como a temperatura inicial é 20°C: 
Temperatura final = 20°C + 527,43°C = 547,43°C, que é aproximadamente 550°C. 
Portanto, a resposta correta é 550°C. 
 
 
 
 
 
3. 
 
 
Considere as afirmativas a seguir: 
I. Calor é uma forma de energia que fica armazenada nos 
corpos e depende de sua temperatura. 
II. Quanto maior for a temperatura de um corpo, maior será o 
calor que ele possui. 
III. Quanto maior for o calor específico de um corpo, maior será 
o calor necessário para aumentar sua temperatura. 
IV. O calor pode variar a temperatura de uma substância ou 
mudar seu estado de agregação. 
Sendo (V) as afirmativas verdadeiras e (F) as falsas, podemos 
dizer que: 
 
 I - F; II - F; III - V; IV - V 
 
 I - V; II - F; III - V; IV - F 
 I - F; II - F; III - F; IV - V 
 I - F; II - V; III - F; IV - V 
 I - V; II - V; III - V; IV - V 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:34 
 
Explicação: 
A opção correta é: I - F; II - F; III - V; IV ¿ V 
I. Falsa. Calor é energia em trânsito devido a uma diferença de temperatura. Não é 
armazenado como "calor" nos corpos. A energia armazenada em um corpo devido à sua 
temperatura é a energia térmica. 
II. Falsa. Como mencionado, o calor não é uma energia que um corpo "possui". Um corpo 
pode ter uma alta temperatura, mas não significa que ele tem "mais calor". A quantidade de 
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energia térmica que um corpo contém depende de sua temperatura, massa e capacidade 
térmica. 
III. Verdadeira. Calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a 
temperatura de uma unidade de massa de uma substância em uma unidade de 
temperatura. Portanto, se um corpo tem um alto calor específico, mais calor é necessário 
para aumentar sua temperatura. 
IV. Verdadeira. O calor pode, de fato, ser usado para mudar a temperatura de uma 
substância (como aquecer ou esfriar água) ou mudar seu estado de agregação (como 
derreter gelo ou ferver água). 
Portanto, a sequência correta é: 
I - F; II - F; III - V; IV - V. 
 
 
 
 
 
4. 
 
 
Um objeto produzido com um metal X a 50 °C tem o mesmo 
volume que outro objeto produzido com um metal Y a 30 °C. 
Ambos os metais fundem em temperaturas altíssimas. 
Dado: O coeficiente de dilatação linear do metal X é 5 vezes 
maior que o coeficiente de dilatação linear do metal Y. 
Se for possível que eles tenham o mesmo volume estando à 
mesma temperatura, em qual temperatura isso ocorrerá? 
 
 55 °C. 
 42 °C. 
 30 °C. 
 Eles nunca terão o mesmo volume. 
 
 60 °C. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:38 
 
Explicação: 
A opção correta é: 55° 
O coeficiente de dilatação linear (α) está relacionado com a variação no comprimento (ΔL) 
de um objeto devido a uma variação de temperatura (ΔT) através da fórmula: 
△L=α×L0×△T△�=�×�0×△� 
onde L0 é o comprimento inicial do objeto. 
Neste caso, como ambos os objetos têm o mesmo volume quando estão à mesma 
temperatura, podemos igualar suas variações de comprimento: 
αX×L0X×△TX=αY×L0Y×△TY��×�0�×△��=��×�0�×△�� 
Dado que o coeficiente de dilatação linear do metal X é 5 vezes maior do que o coeficiente 
de dilatação linear do metal Y (αX=5αY��=5��), podemos reescrever a equação 
como: 
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5αY×L0X×△TX=αY×L0Y×△TY5��×�0�×△��=��×�0�×△�� 
Agora, podemos cancelar o termo \alpha_{Y} de ambos os lados e também o 
termo L0X�0� e L0Y�0�, uma vez que eles não importam na relação entre as 
temperaturas: 
5×△TX=△TY5×△��=△�� 
5×(T−50)=(T−30)5×(�−50)=(�−30) 
5T−T=−30+2505�−�=−30+2504T=2204�=220 
T=55°�=55° 
 
 
 
 
 
5. 
 
 
Em um dia de verão, a temperatura chega a um valor igual a 
30 °C. Um tanque de aço contém petróleo até a boca, e esse 
conjunto estava sendo mantido a 15 °C. 
Dados: 
- Coeficiente de dilatação linear do aço = 1,2 x 10-5 oC-1; 
- Coeficiente de dilatação do petróleo = 1,0 x 10-4 oC-1. 
Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico com o ambiente, 
qual a fração volumétrica de petróleo terá sido transbordada? 
 
 0,460%. 
 0,350%. 
 
 0,396%. 
 0,315%. 
 0,430%. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:41 
 
Explicação: 
A opção correta é: 0,396% 
Para determinar a fração volumétrica do petróleo que transbordou, primeiro precisamos determinar a 
variação de volume do tanque de aço e do petróleo e compará-las. 
Variação de volume para o tanque de aço: 
△V=3αaco×Vaco×△T△�=3����×����×△� 
△VVaco=3αaco×△T△�����=3����×△� 
△VVaco=3(1,2×10−5)(15)=5,4×10−4△�����=3(1,2×10−5)(15)=5,4×10−4 
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Variação de volume para o petróleo: 
△Vpetroleo=3αpetroleo×Vpetroleo×△T△���������=3���������×�����
����×△� 
△VpetroleoVpetroleo=3αpetroleo×△T△������������������=3��������
�×△� 
△VpetroleoVpetroleo=3(1,0×10−4)(15)=4,5×10−3△������������������=3(1,0×
10−4)(15)=4,5×10−3 
A fração volumétrica do petróleo que terá sido transbordada é a diferença entre as dilatações 
volumétricas do petróleo e do tanque: 
△VtransbordadoVinicial=△VpetroleoVpetroleo−△VacoVaco△���������������������=△
������������������−△�������� 
△VtransbordadoVinicial=4,5×10−3−5,4×10−4=3,96×10−3△�������������������
��=4,5×10−3−5,4×10−4=3,96×10−3 
 
Multiplicando por 100 para obter a porcentagem: 
3,96×10−3×100=0,3963,96×10−3×100=0,396 
 
 
 
 
 
6. 
 
 
Existem três formas de propagação de calor: radiação, 
convecção e condução. A forma de propagação por condução 
acontece por meio do contato de corpos com: 
 
 Sólidos e fluidos. 
 Apenas líquidos. 
 Apenas fluidos. 
 Apenas gases. 
 Apenas sólidos. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:43 
 
Explicação: 
A opção correta é: Sólidos e fluidos. 
A condução é uma das formas de propagação de calor que ocorre devido ao contato direto 
entre as partículas. Neste método, as partículas transferem energia térmica entre si sem se 
moverem para lugares diferentes. A energia térmica é transmitida de uma partícula para 
outra devido à agitação delas. 
Sólidos: A condução é especialmente eficaz em sólidos porque as partículas estão 
próximas umas das outras e têm uma ordem fixa. Quando uma parte de um sólido é 
aquecida, as partículas nessa área começam a vibrar mais rapidamente. Estas, por sua 
vez, colidem com as partículas vizinhas, transferindo energia e assim por diante. Este 
processo transmite calor através do sólido. 
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Fluidos (líquidos e gases): A condução também ocorre em fluidos, mas de maneira menos 
eficiente do que em sólidos. Isto se deve ao fato de que as partículas em fluidos estão mais 
espaçadas e podem se mover mais livremente. Quando uma parte de um fluido é aquecida, 
as partículas nesta área recebem energia e colidem com outras partículas, transferindo 
energia. No entanto, os fluidos também apresentam o fenômeno da convecção, onde o 
movimento do fluido auxilia na transferência de calor. 
Em resumo, a condução de calor acontece tanto em sólidos quanto em fluidos, mas é mais 
eficaz nos sólidos. Portanto, o gabarito correto é: Sólidos e fluidos. 
 
 
 
 
 
7. 
 
 
Um tijolo de área 100 cm2 transmite 100 calorias de calor a cada 
uma hora por seu comprimento de 10 cm, quando a diferença 
de temperatura entre seus extremos é de 50 °C. 
Quando se coloca uma placa de mesmo material, porém com 
área igual a 2,0 m2 e espessura bem pequena, de 2,0 cm, 
mantendo as temperaturas entre os extremos, qual é a taxa de 
calor transmitida por dia através da placa? 
 6000 kcal/dia 
 800 kcal/dia 
 3600 kcal/dia 
 
 2400 kcal/dia 
 5400 kcal/dia 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:46 
 
Explicação: 
A opção correta é: 2400 kcal/dia 
A taxa de transferência de calor é determinada pela lei de Fourier para a condução: 
Qt=k⋅A⋅ΔTL��=�⋅�⋅Δ�� 
100cal1h=k⋅100cm2⋅50oC10cm100���1ℎ=�⋅100��2⋅50��10�� 
k=0,2cal/cm2h°C�=0,2���/��2ℎ°� 
Para a placa: 
A=2,0m2=20000cm2�=2,0�2=20000��2 
L=2,0cm�=2,0�� 
ΔT=50°CΔ�=50°� 
Usando a fórmula: 
Qt=k⋅A⋅ΔTL��=�⋅�⋅Δ�� 
Qt=0,2⋅20000⋅502��=0,2⋅20000⋅502 
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Qt=100000cal/h��=100000���/ℎ 
Em um dia: 
100000cal/h×24h/dia=2400000cal/dia=2400kcal/dia.100000���/ℎ×24ℎ/���=24000
00���/���=2400����/���. 
 
 
 
 
 
8. 
 
 
(UEFS - 2017) Determinados aparelhos elétricos precisam ter seu 
funcionamento interrompido quando a temperatura atinge certo valor, 
chamada de Temperatura Crítica (TC). 
Para fazer esse controle, alguns aparelhos utilizam um dispositivo 
baseado na dilatação térmica desigual, sofrida por metais diferentes. 
Ele interrompe a corrente elétrica (i) no aparelho quando a temperatura 
atinge um valor igual a TC, conforme mostram as figuras a seguir: 
 
Para que o dispositivo funcione como nas figuras 1 e 2, considerando os 
valores dos coeficientes de dilatação linear da tabela, os metais A e B 
da lâmina bimetálica representada podem ser, respectivamente: 
 Alumínio e ferro. 
 
 Aço e alumínio. 
 Zinco e alumínio. 
 
 Ferro e aço. 
 Zinco e ferro. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:51 
 
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Explicação: 
A opção correta é: Aço e alumínio. 
Vamos analisar a os coeficientes de dilatação dos candidatos, para a situação de T=Tc 
aconteça, o αA deve ser menor que o αB 
Aço e alumínio = 11/24 ¿ ok 
Zinco e ferro = 64/12 ¿ não 
Alumínio e ferro = 24/12 ¿ não 
Zinco e alumínio = 64/24 ¿ não 
Ferro e aço = 12/11 ¿ não 
A única combinação válida é: Aço e alumínio 
 
 
 
 
 
9. 
 
 
Uma janela de vidro, cuja condutividade térmica é de 0,8 W/m 
°C, tem uma espessura de 12 mm e área de 1,5 m2. Sabendo 
que a diferença de temperatura entre os meios interno e 
externo é constante e igual a 20 °C, a quantidade de calor que 
flui através da janela, em uma hora, é dada por: 
 
 7,2 MJ 
 36 MJ 
 18 MJ 
 
 72 MJ 
 3,6 MJ 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:54 
 
Explicação: 
A opção correta é: 7,2 MJ 
Para determinar a quantidade de calor que flui através da janela devido à condução térmica, podemos 
usar a lei de Fourier da condução de calor: 
Q=k⋅A⋅△T⋅td�=�⋅�⋅△�⋅�� 
Onde: 
Q é o calor conduzido em joules. 
k é a condutividade térmica do material (em W/m°C). 
A é a área da seção transversal através da qual o calor é conduzido (em m²). 
ΔT é a diferença de temperatura entre os dois lados da janela (em °C). 
d é a espessura da janela (em metros). 
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t é o tempo (em segundos) pelo qual o calor é conduzido. 
 
Q=0,8⋅1,5⋅20⋅36000,012=864000,012=7200000J=7,2MJ�=0,8⋅1,5⋅20⋅36000,012=864000,012=7200
000�=7,2�� 
 
 
 
 
 
10. 
 
 
No verão, é comum sentir um vento suave nas margens de um 
rio calmo. Isso é causado devido à (às) 
 Radiação térmica emitida pela água. 
 
 Correntes de convecção na região. 
 Diferença na condutividade térmica da água e do solo próximo ao rio. 
 
 Diferença entre as radiações térmicas emitidas pela água e solo. 
 Condução térmica entre água, ar e solo. 
Data Resp.: 16/03/2024 15:56:57 
 
Explicação: 
A opção correta é: Correntes de convecção na região. 
No verão, as margens de um rio calmo e a água do rio aquecem em taxas diferentes. O 
solo aquece (e esfria) mais rapidamente que a água. Durante o dia, quando o sol está 
brilhando, o solo ao longo das margens do rio pode aquecer mais rapidamente do que a 
água. Como resultado, o ar acima do solo fica mais quente (e, portanto, menos denso) do 
que o ar acima da água. 
Quando o ar quente e menos denso começa a subir (devido à sua menor densidade), oar 
mais fresco e mais denso acima da água move-se para tomar seu lugar, criando uma brisa. 
Esse movimento do ar devido à diferença de temperatura e densidade é conhecido como 
corrente de convecção. 
 
 
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