LF2C3 Propagação do calor

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ITA18 - Física
LF2C3 - Propagação do calor
Questão 1
(Upe 2010) Dois ci l indros feitos de materiais A e B têm os mesmos comprimentos; os respectivos
diâmetros estão relacionados por dA = 2 dB. Quando se mantém a mesma diferença de temperatura
entre suas extremidades, eles conduzem calor à mesma taxa. As condutividades térmicas dos
materiais estão relacionadas por:
a) kA = kB / 4.
b) kA = kB / 2.
c) kA = kB.
d) kA = 2 kB.
e) kA = 4 kB.
f) não sei.
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Questão 2
(Unesp 2008) Um corpo I é colocado dentro de uma campânula de vidro transparente evacuada. Do
lado externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo II é colocado próximo à campânula, mas
não em contato com ela, como mostra a figura.
As temperaturas dos corpos são diferentes e os pinos que os sustentam são isolantes térmicos.
Considere as formas de transferência de calor entre esses corpos e aponte a alternativa correta.
a) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque não estão em contato entre si.
b) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o ambiente no interior da campânula
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está evacuado.
c) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque suas temperaturas são diferentes.
d) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por convecção.
e) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por meio de
radiação eletromagnética.
f) não sei.
Questão 3
(Ufv 2003) Um resistor R é colocado dentro de um recipiente de parede metálica, no qual é feito
vácuo e que possui um termômetro incrustado em sua parede externa. Para l igar o resistor a uma
fonte externa ao recipiente foi uti l izado um fio, com isolamento térmico que impede transferência de
calor para as paredes do recipiente. Essa situação encontra-se i lustrada na figura a seguir.
Ligando o resistor, nota-se que a temperatura indicada pelo termômetro aumenta, mostrando que há
transferência de calor entre o resistor e o termômetro. Pode-se afirmar 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.
f) não sei.
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Questão 4
(Pucsp 2002) 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.
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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.
f) não sei.
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Questão 5
(Ufrgs 2000) A seguir são feitas três afirmações sobre processos termodinâmicos envolvendo
transferência de energia de um corpo para outro.
I- A radiação é um processo de transferência de energia que NÃO ocorre se os corpos estiverem no
vácuo.
II- A convecção é um processo de transferência de energia que ocorre em meios fluidos.
III- A condução é um processo de transferência de energia que NÃO ocorre se os corpos estiverem à
mesma temperatura.
Quais estão corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas III.
d) Apenas I e II.
e) Apenas II e III.
f) não sei.
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Questão 6
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(Faap 1996) Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com cobertura de vidro, mantém a
temperatura interior bem mais elevada do que a exterior. Das seguintes afirmações:
I. O calor entra por condução e sai muito pouco por convecção.
II. O calor entra por radiação e sai muito pouco por convecção.
III. O calor entra por radiação e sai muito pouco por condução.
IV. O calor entra por condução e convecção e só pode sair por radiação.
A(s) alternativa(s) que pode(m) justificar a elevada temperatura do interior da estufa é(são):
 
a) I, III.
b) I, II.
c) IV.
d) II, III.
e) II.
f) não sei.
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Questão 7
(Mack-SP) Para determinarmos o fluxo de calor por condução através de uma placa homogênea e de
espessura constante, em regime estacionário, uti l izamos a Lei de Fourier . A
constante de proporcionalidade que aparece nessa lei matemática depende da natureza do material
e se denomina Coeficiente de Condutibil idade Térmica. Trabalhando com as unidades do SI, temos,
para o alumínio, por exemplo, um coeficiente de condutibil idade térmica igual a 2,09 · 102. Se
desejarmos expressar essa constante, referente ao alumínio, 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
f) Não sei.
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Questão 8
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 ital iano Evangelista Torricell i (1608–1647), que descobriu ser o vácuo um bom
isolante térmico, Dewar criou uma garrafa de paredes duplas de vidro que, ao ser lacrada, 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, lançando- a no mercado em 1903.
A respeito do texto acima, indique a alternativa correta.
a) Na garrafa térmica, o vácuo existente entre as paredes duplas de vidro tem a finalidade 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 permanecer 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 pessoas que pretendessem comprá-lo.
f) Não sei.
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Questão 9
(Mack-SP - adaptada) Tem-se três ci l indros de secções transversais iguais de cobre, latão e aço,
cujos comprimentos são, respectivamente, 46 cm, 13 cm e 12 cm. Soldam-se os ci l indros, formando o
perfi l em Y, indicado na figura. O extremo livre do cil indro de cobre é mantido a 100 °C e dos
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cil indros de latão e aço, a 0 °C. Supor que a superfície lateral dos ci l indros esteja isolada
termicamente. As condutividades térmicas 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?
a) 35 ºC
b) 40 ºC
c) 45 ºC
d) 50 ºC
e) Não sei.
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Questão 10
(IMS-SP)
Na região l itorânea, durante o dia sopra a brisa marítima, à noite sopra a brisa terrestre. Essa
inversão ocorre porque:
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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 aterra.
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 específico 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 correntes
de convecção, que são responsáveis pelas brisas marítimas e terrestres.
f) Não sei.
Questão 11
(Cesgranrio 1999) Em um calorímetro adiabático e de capacidade térmica desprezível misturam-se
m(gelo) gramas de gelo a 0 oC com m(água) gramas de água a 80 oC. Observa-se que o equil íbrio
térmico ocorre na temperatura de 40 oC. Portanto, a razão entre as massas m(água) / m(gelo) é igual
a:
(Dados: calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; calor específico da água = 1,0 cal/goC)
a) 1.
b) 3/2.
c) 2.
d) 12/5.
e) 3.
f) não sei.
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Questão 12
(Ufrgs 2008) Dois cubos metálicos com dimensões idênticas, um de ouro (A), outro de chumbo (B),
estão sobre uma placa aquecedora, inicialmente em temperatura ambiente.
A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades térmicas desses dois materiais.
Propriedades térmicas
A
ouro
B
chumbo
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Condutividade térmica
(W/m.K)
317 35
Coeficiente de dilatação
linear
(10-6/K)
15 29
Calor específico
(J/kg.K)
130 130
Densidade / Massa
específica
(kg/m3)
19600 11400
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que
aparecem.
No topo de cada cubo é colocada uma cabeça de fósforo que fica em contato direto com o cubo. Os
dois cubos são aquecidos a uma temperatura final levemente superior à de ignição do fósforo.
Com base nos dados da tabela, conclui-se que o fósforo acenderá primeiro no cubo ________ e que a
aresta do cubo A será _________ do cubo B no estado de equil íbrio térmico.
a) A - menor que a.
b) A - maior que a.
c) B - maior que a.
d) B - menor que a.
e) A - igual à.
f) não sei.
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Questão 13
(Ufscar 2003) Quando se coloca ao sol um copo com água fria, as temperaturas da água e do copo
aumentam. Isso ocorre principalmente por causa do calor proveniente do Sol, que é transmitido à
água e ao copo, por
a) condução, e as temperaturas de ambos sobem até que a água entre em ebulição.
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b) condução, e as temperaturas de ambos sobem continuamente enquanto a água e o
copo continuarem ao sol.
c) convecção, e as temperaturas de ambos sobem até que o copo e a água entrem em equil íbrio
térmico com o ambiente.
d) irradiação, e as temperaturas de ambos sobem até que o calor absorvido seja igual ao calor por
eles emitido.
e) irradiação, e as temperaturas de ambos sobem continuamente enquanto a água e o
copo continuarem a absorver calor proveniente do sol.
f) não sei.
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Questão 14
(Fuvest 2014) Um contêiner com equipamentos científicos é mantido em uma estação de pesquisa na
Antártida. Ele é feito com material de boa isolação térmica e é possível, com um pequeno aquecedor
elétrico, manter sua temperatura interna constante, Ti = 20oC, quando a temperatura externa é Te =
- 40oC. As paredes, o piso e o teto do contêiner têm a mesma espessura, ε = 26 cm, e são de um
mesmo material, de condutividade térmica k = 0,05 J / (s.m.oC). Suas dimensões internas são 2x 3x
4 m3 . Para essas condições, determine
- a área A da superfície interna total do contêiner;
- a potência P do aquecedor, considerando ser ele a única fonte de calor;
- a energia E, em kWh, consumida pelo aquecedor em um dia.
Note e adote:
A quantidade de calor por unidade de tempo (Φ) que flui através de um material de área A, espessura
ε e condutividade térmica k, com diferença de temperatura ΔT entre as faces do material, é dada por:
Φ = kAΔT / ε.
a) A = 26 m2; P = 0,6 kW e E = 12 kWh.
b) A = 52 m2; P = 0,6 kW e E = 14,4 kWh.
c) A = 52 m2; P = 0,6 kW e E = 144 kWh.
d) A = 52 m2; P = 6 kW e E = 144 kWh.
e) não sei.
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Questão 15
(Unicamp 2007) Nas regiões mais frias do planeta, camadas de gelo podem se formar rapidamente
sobre um volume de água a céu aberto. A figura a seguir mostra um tanque cil índrico de água cuja
área da base é A = 2,0 m2, havendo uma camada de gelo de espessura L na superfície da água. O ar
em contato com o gelo está a uma temperatura Tar = - 10 oC, enquanto a temperatura da água em
contato com o gelo é Tag = 0,0 oC.
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O calor é conduzido da água ao ar através do gelo. O fluxo de calor Φ cal, definido como a quantidade
de calor conduzido por unidade de tempo, é dado por Φcal = kA (Tag - Tar)/L, onde k = 4,0 × 10-3
cal/(s.cm.oC) é a condutividade térmica do gelo. Qual é o fluxo de calor Φcal quando L = 5,0 cm?
a) 1,6 x 102 cal/s.
b) 3,2 x 102 cal/s.
c) 1,6 x 103 cal/s.
d) 1,6 x 101 cal/s.
e) não sei.
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Questão 16
(ITA 2004) Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória de espessura L = 5 cm, área A =
100 m2 e condutividade térmica k = 2,0 W/mK. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente,
à temperatura T1 = 47 oC e T2 = 27 oC, respectivamente. Considerando o ar como um gás ideal e o
conjunto das duas salas um sistema isolado, calcule o fluxo de calor através da divisória relativo às
temperaturas iniciais T1 e T2.
a) 4x104 J/s.
b) 6x104 J/s.
c) 8x104 J/s.
d) 1x103 J/s.
e) 1,2x103 J/s.
f) não sei.
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Questão 17
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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 equil íbrio térmico. A pressão atmosférica é normal. Sabe-se que o coeficiente de
condutibil idade térmica do alumínio vale 0,5 cal/s cm °C.
Qual a temperatura da secção transversal da barra, situada a 40 cm da extremidade mais fria?
a) 60 ºC
b) 70 ºC
c) 80 ºC
d) 100 ºC
e) Não sei.
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Questão 18
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 ilustra a figura 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?
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a) 60 ºC
b) 70 ºC
c) 80 ºC
d) 90 ºC
e) Não sei.
Questão 19
Na praia, você já deve ter notado que, durante o dia, a areia esquenta 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
específico 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;
b) da praia para o mar, durante o dia;
c) do mar para a praia, durante o dia;
d) sempre do mar para a praia;
e) sempre da praia para o mar.
f) Não sei. felipe13games@gmail.c
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Questão 20
A comunidade científica 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 gases
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 ondascorrespondentes aos raios gama;
e) das ondas correspondentes aos raios X.
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f) Não sei.
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Questão 21
Numa sauna, para separar a sala de banho do escritório, usou-se uma parede de ti jolos com 12 cm
de espessura. A parede foi revestida do lado mais quente com uma camada de madeira com 6 cm de
espessura 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. Quais são as temperaturas
nos pontos de separação madeira/ti jolo e ti jolo/cortiça, após ser estabelecido o regime permanente?
Dados: kmadeira = 2 ⋅ 10-4 cal/s cm ºC;
 ktijolo = 15 ⋅ 10-4 cal/s cm ºC;
 kcortiça = 1 ⋅ 10-4 cal/s cm ºC.
a) 38 ºC e 40 ºC
b) 40 ºC e 45 ºC
c) 42 ºC e 48 ºC
d) 36 ºC e 48 ºC
e) Não sei.
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Questão 22
Uma forma experimental para medir a condutividade térmica de um material usado como isolante é
construir uma caixa com esse material. No seu interior, é colocado um aquecedor elétrico de
potência conhecida que mantém a temperatura interna superior à externa.
Suponha que foi construída uma caixa com determinado material isolante. A área total externa tem
4,0 m2 e a espessura das paredes é de 5,0 mm. O aquecedor elétrico desenvolve uma potência
constante de 300 W, mantendo a temperatura interna da caixa 50 °C acima da temperatura externa.
Desprezando possíveis efeitos de bordas, marque a opção que indica o coeficiente de condutividade
térmica do material em questão e, caso essa caixa fosse cúbica, o fluxo de calor através de uma de
suas faces.
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a) coeficiente de condutividade térmica do material: 7,5 · 10-3 W/m °C; fluxo de calor através de uma
de suas faces: 50 W
b) coeficiente de condutividade térmica do material: 9,5 · 10-3 W/m °C; fluxo de calor através de uma
de suas faces: 60 W
c) coeficiente de condutividade térmica do material: 7,0 · 10-3 W/m °C; fluxo de calor através de uma
de suas faces: 3'0 W
d) coeficiente de condutividade térmica do material: 7,0 · 10-4 W/m °C; fluxo de calor através de uma
de suas faces: 50 W
e) Não sei.
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Questão 23
(ITA-SP) Uma pessoa dorme sob um cobertor de 2,5 cm de espessura e de condutibil idade térmica
3,3x10-4J.cm-1.s-1.(ºC)-1. Sua pele está a 33ºC, e o ambiente, a 0ºC. O calor transmitido pelo cobertor
durante uma hora, por m2 de superfície, é
a) 4,4x10-3J
b) 4,3x102J
c) 1,6x102J
d) 2,8x102J
e) 1,6x105J
f) não sei felipe13games@gmail.c
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Questão 24
(Ime 2010)
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A figura composta por dois materiais sólidos diferentes A e B, apresenta um processo de condução
de calor, cujas temperaturas não variam com o tempo. É correto afirmar que a temperatura T2 da
interface desses materiais, em kelvins, é:
Observações:
• T1 : Temperatura da interface do material A com o meio externo
• T3 : Temperatura da interface do material B com o meio externo
• KA : Coeficiente de condutividade térmica do material A
• KB : Coeficiente de condutividade térmica do material B
a) 400.
b) 500.
c) 600.
d) 700.
e) 800.
f) não sei.
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Questão 25
(IME-RJ) Um vidro plano, com coeficiente de condutibil idade térmica 0,00183 cal/s.cm.°C, tem uma
área de 1000 cm² e espessura de 3,66 mm. Sendo o fluxo de calor por condução através do vidro de
2000 calorias por segundo, calcule a diferença de temperatura entre suas faces.
a) 234 °C
b) 350 °C
c) 400 °C
d) 450 °C
e) 568 °C
f) não sei
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