RESUMO FINAL DE FISICA

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Colégio Naval
Resumo 1ªP.P. de Física - 2º Ano
Aluno Álvaro Campos
O resumo contém a teoria de radiação que não foi ministrada em sala de aula e exercícios resolvidos. Qualquer outra teoria para a resolução das questões está no livro do colégio. Qualquer resolução errada, favor corrigir e divulgar o correto pra turma. Eu resolvi mas não tinha gabarito de todas as questões.
PLAUSKA
RADIAÇÃO- teoria
Radiação é a energia transmitida por ondas eletromagnéticas que ao serem absorvidas por um corpo o aquecem. Da mesma forma, todo corpo emite essas ondas. 
Lei de Stefan-Boltzmann: P= A. e. ө. T4,
 sendo A a superfície do corpo o qual se deseja calcular a potencia emitida, e é a emissividade do corpo, ө (sigma) constante que vale 5,672.10-8W/m².K4 no SI e T a temperatura do corpo.
Quando um corpo recebe radiação, parte dessa radiação é refletida, outra parte é absorvida e outra atravessa (transmitida) o corpo. Como o Plauska não falou nada a respeito da energia que atravessa o corpo consideremos apenas que E incidente= E absorvida +E refletida (E é energia).
Para cada temperatura, qualquer corpo apresenta taxa de emissividade e absorvidade iguais, isto é, tanto para se calcular a perda como o ganho de energia por radiação, usamos a taxa de emissividade (e) de cada corpo. A diferença é que para se calcular a potência emitida usamos a temperatura do corpo e para se calcular a potência absorvida, usamos a temperatura do ambiente.
OBS.: energia refletida é diferente de energia emitida. A primeira nem chega ao corpo, enquanto a outra é liberada pelo corpo.
IMPORTANTE: a emissividade de um corpo pode ser calculada pela razão da E absorvida/E incidente ou por P absorvida/P incidente. O que seria a E perdida ou a P perdida, na verdade é a energia ou potencia refletida. Assim, num corpo de emissividade e=0,8, por exemplo, que recebe uma potencia de 1000 W, temos que o corpo absorveu 800 W e refletiu 200 W.
OBS.: um corpo negro ideal tem emissividade e=1 e um corpo refletor ideal tem emissividade e=0. Demais corpos terão emissividade entre esses valores.
Exemplos: Um objeto a uma temperatura T1 está envolvido por um ambiente à temperatura T2. O objeto emite radiações para o ambiente e absorve radiações emitidas por ele. Sendo e a emissividade e A a área do objeto, determine a potência térmica líquida (diferença entre o fluxo emitido e o fluxo absorvido) irradiada por ele.
Resolução: o objeto emite uma potência P= A. e. ө. T14 e absorve uma potência P'= A. e. ө. T24 (a emissão é relativa à temperatura do objeto e a absorção é relativa ao meio). Logo, a potência liquida vale P-P'= A. e. ө. (T14-T24)
EXERCÍCIOS DE RADIAÇÃO RESOLVIDOS
1- Sabe-se que a radiação térmica do Sol, em um dia claro, ao chegar à superfície terrestre, possui uma intensidade de 1000 W/m², admitindo que ela atinja perpendicularmente a superfície sobre a qual incide.
A) Suponha que uma pessoa cuja emissividade vale e = 0,70, esteja deitada em uma praia, com uma área de 0,80 m² de sua pele exposta aos raios solares. Determine em quilocalorias a quantidade de radiação térmica absorvida pela pessoa durante 5,0 minutos, supondo que o Sol esteja com uma elevação de 30° acima do horizonte (aproximadamente às 8 horas da manhã).
RESOLUÇÃO:
Como o Sol está a uma elevação de 30° e a pessoa está deitada, apenas a radiação que for perpendicular a pessoa em relação à Terra provocará aquecimento. Assim, a intensidade que chega até a pessoa será dada por Psol.sen30°, o que vale 500W/m²=500J/s.m². Como sua área é de 0,80 m² e a pessoa permaneceu 300s no sol, recebeu uma energia E recebida= 500J. 300. 0,80 = 120000J. Como sua emissividade vale 0,7, ela absorveu apenas 70% da energia fornecida a ela, ou seja, 84000J=20000cal= 20 Kcal
RESPOSTA: 20 Kcal
B)Uma folha, em uma árvore, tem uma de suas faces com área igual a 40 cm² voltada diretamente para o sol em um dia claro. A massa dessa folha é de 5,0 x 10-³Kg, sua emissividade é de 0,80 e seu calor específico vale 0,80 kcal/ kg °C. Determine a elevação da temperatura da folha após uma exposição de 10s de duração (tome 1 cal = 4,2J).
RESOLUÇÃO:
P recebida= 1000 W/ m². 0,004m²= 4 W
P absorvida=P recebida e= 4 W . 0,8=3,2W
P=Q/ Δt , donde Q= P. Δt= 3,2. 10= 32J
Q= m. c. ΔӨ 32=5.10-3.3360.ΔӨ--->ΔӨ=1,9°C
RESPOSTA: 1,9°C
2- Uma pequena esfera de cobre pintada de preto, com 2 cm de raio, é colocada no interior de um recipiente onde se fez vácuo e cujas as paredes estão a 100 °C. Qual a taxa de energia que deve ser fornecida á esfera para mantê-la numa temperatura constante de 127 °C?
RESOLUÇÃO:
Área da esfera=4πR²=4. 3,14. 0,004=0,5024 e emissividade da esfera e=1 (corpo negro)
Para mantê-la a uma temperatura constante, ela não deve perder energia. Logo, sua potência líquida (diferença entre a potência emitida e a potencia absorvida) deve ser nula.
P líquida=P absorvida- P emitida=0
P absorvida= P emitida e P absorvida= P recipiente+ P fornecida
P fornecida= P emitida- P recipiente
P fornecida= A. e. ө. (T4esfera-T4recipiente)= 0,5024. 1. 5,672. 10-8. (3004-2734)= 72,5 W
RESPOSTA: 72,5W
EXERCÍCIOS DE CALORIMETRIA E CONDUÇÃO
3- Num vaso adiabático colocamos 1200g de água a 20°C, 800g de água a 30°C e
500g de uma substância A a 65°C e 2050g de uma substância B a 88°C. Qual a
temperatura final de equilíbrio térmico?
Dados: c A = 0,10 cal/ g°C; c B = 0,05 cal/g°C.
RESOLUÇÃO:
Observemos que neste problema não conhecemos, a priori, os corpos que cedem calor e os que recebem, pois não conhecemos a temperatura final de equilíbrio térmico.
Daremos duas resoluções para este problema.
	Suponhamos que no vaso tivéssemos colocado apenas 1200g de água a 20°C e 800g de água a 30°C. Chamamos Ø1 à temperatura de equilíbrio térmico.
Q recebido = Q cedido
1200 X 1 (Ø1 – 20) = 800 X (30 – Ø1)
12 Ø1 – 240 = 240 – 8 Ø1
20 Ø1 = 480
Ø1 = 24°C
	Temos, agora, no vaso, 2000g de água a 24°C. Adicionemos 500g de substância A a 65°C. Chamemos Ø2 à temperatura final de equilíbrio térmico.
Q recebido = Q cedido
2000 X 1 (Ø2 – 24) = 500 X 0,10 (65 – Ø2)
20 Ø2 – 480 = 32,5 – 0,5 Ø2
20,5 Ø2 = 512,5
Ø2 = 25°C
	Agora temos no vaso 2000g de água a 25°C e 500g de substância A também a 25°C. Adicionemos 2050g da substância B a 88°C. Chamemos Ø à temperatura final de equilíbrio térmico.
Q recebido = Q cedido
No caso, a água e a substância receberam calor; a substância B cedeu calor.
2000 X 1 (Ø – 25) + 500 X 0,1 (Ø –25) = 2050 X 0,05 (88 – Ø)
2000. Ø – 50000 = 50. Ø – 1250 = 9020 – 102,5. Ø
2152,5. Ø= 60270
Ø = 28°C
RESPOSTA: 28°C
4- Uma usina termonuclear utiliza 20% das águas de um rio para seu sistema de refrigeração. Uma vez utilizada, esta água sai da usina com uma temperatura 12°C acima da temperatura média do rio no trecho anterior à usina. De quanto se eleva a temperatura média das águas do rio logo após receber a água da usina?
RESOLUÇÃO:
Água aquecida massa M/5, calor específico c e temperatura X+12
Água do rio massa 4M/5, calor especifico c e temperatura X
Q recebido= -Q cedido
M/5. c. (T-(X+12)) = -(4M/5. c. (T-X))
T- X- 12= - 4T + 4X 5(T-X) = 12 T-X= 2,4°C (variação de temperatura)
RESPOSTA: 2,4°C
5- Os aparelhos de ar condicionado utilizam como unidade de energia o Btu (British thermal unit). Essa unidade não pertence ao Sistema Internacional de Unidades (S.I), baseado no Sistema Métrico Decimal, e pode ser definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1,0 libra de água de 63°F para 64°F. Portanto, podemos afirmar que, em Joules, 1,0 Btu correspondem:
Dados:
·	O ponto de fusão e ebulição na escala Fahrenheit são, respectivamente, 32°F e 212°F
·	Uma libra de água corresponde a 454 gramas
·	Calor específico da água = 1,0cal/g°C
·	1cal = 4J
RESOLUÇÃO:
A variação de 1°F equivale a uma variação de 5/9°C
Uma libra corresponde a 454 gramas
Q= 454. 1,0. 5/9= 252,2 cal = 1008,8 J= 1 Btu
RESPOSTA: 1 BTU= 1008,8 JOULES
6- A Organização Mundial de Saúde (OMS) divulgou recentemente um relatório sobre o impacto na saúdehumana da radiação emitida pelos telefones celulares. Nesse relatório, a OMS destaca que sinais emitidos por estes aparelhos conseguem penetrar em até 1 cm nos tecidos humanos, provocando um correspondente aumento da temperatura do corpo. Considerando que o corpo humano é formado basicamente por água, estime o tempo total de conversação necessário para que um usuário de 60 kg tenha um acréscimo de temperatura de 1°C. Os sinais emitidos pelos celulares têm, em média, uma potência de 0,4 W e só são gerados enquanto o usuário fala ao telefone. O calor específico da água vale 1cal/g °C. Considere que apenas 50% da energia emitida pelo telefone celular seja responsável pelo referido aumento da temperatura (1 cal = 4,2 J).
RESOLUÇÃO:
Q= m. c. ΔӨ Q= 60000. 1. 1= 60000 cal= 252000 J
P emitida= 2. P absorvida P absorvida= 0,2 W
Δt= Q/ P Δt= 252000/ 0,2= 1260000 s= 350 h
RESPOSTA: 350 HORAS
7- Desconfiada de que o anel que ganhara do namorado não era uma liga de ouro de boa qualidade, uma estudante resolveu tirar a dúvida, valendo-se de um experimento de calorimetria baseado no fato de que metais diferentes possuem diferentes calores específicos. Inicialmente, a estudante deixou o anel de 4,0 g por longo tempo dentro de uma vasilha com água fervente (100 °C). Tirou, então, o anel dessa vasilha e mergulhou em um outro recipiente, bem isolado termicamente, contendo 2 ml de água a 15 °C. Mediu a temperatura final da água em equilíbrio térmico com o anel. O calor específico da água é igual a 1,0cal/g °C, e a densidade é igual a 1,0 g/cm³. Despreze a troca de calor entre a água e o recipiente.
	Sabendo-se que o calor específico do ouro é c Au= 0,03 cal/g °C, qual deveria ser a temperatura final de equilíbrio se o anel fosse de ouro puro?
RESOLUÇÃO:
Q recebido= -Q cedido e 1 ml de água = 1 grama
m agua. c agua. (X- T agua)= -(m anel. c anel. (X- T anel))
	1. (X- 15)= 4. 0,03. (100- X)
2X- 30= 12 -0,12 X 2,12 X= 42 X= 19,8 °C
RESPOSTA: 19,8 °C
	A temperatura final de equilíbrio medida pela estudante foi de 22 °C. Encontre o calor específico do anel.
RESOLUÇÃO:
m agua. c agua. (X- T agua)= -(m anel. c anel. (X- T anel))
2. 1. (22- 15)= 4. c anel. (100- 22)
44- 30= 312. c anel c anel= 0,0449 cal/g°C
RESPOSTA: c ANEL= 0,0449 cal/g°C
c)	A partir do gráfico e da tabela abaixo, determine qual é a porcentagem de ouro do anel e quantos quilates ele tem.
% de Au
Quilates
0
0
25
6
50
12
75
18
100
24
RESPOSTA: 75% DE OURO / OURO 18 QUILATES.
8- Duas quantidades diferentes de uma mesma substância líquida são misturadas em um calorímetro ideal. Uma das quantidades tem massa m e temperatura T, e a outra, massa 2m e temperatura 3/2T.
	Calcule a temperatura final da mistura.
RESOLUÇÃO:
Q cedido= -Q absorvido
2m. c. (X- 3/2T)= m. c. (T- X)
2X -3T= T- X X= 4/3T
RESPOSTA: 4/3T
Calcule a razão entre os módulos das variações de temperatura da massa menor em relação ao da massa maior, medidas em uma nova escala de temperatura definida por T’ = a. T + b, onde a e b são constantes.