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Livro Eletrônico Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital Vinicius Silva 17413785757 - isac 1 77 Sumário 1. Introdução. .................................................................................................................... 2 2. Termometria e as Escalas Termométricas ...................................................................... 2 2.1 Escalas de temperatura ................................................................................................ 4 2.2 A Escala Celsius ............................................................................................................ 5 2.3 A Escala Fahrenheit ...................................................................................................... 6 2.4. Relação entre as escalas Fahrenheit e Celsius. ............................................................ 7 2.5 Variação de temperatura nas escalas Celsius e Fahrenheit ........................................... 8 2.6 Escala absoluta kelvin .................................................................................................. 9 3. Calorimetria ................................................................................................................. 10 3.1 Capacidade Térmica ................................................................................................... 10 3.2 Calor Específico .......................................................................................................... 12 3.3 Calor Sensível ............................................................................................................. 13 3.4 O equivalente mecânico ............................................................................................. 15 3.5 Calor sensível e a potência da fonte térmica .............................................................. 15 3.6. Calor Latente ............................................................................................................ 16 3.7. Curvas de Aquecimento ............................................................................................ 19 3.8 Equilíbrio térmico ...................................................................................................... 20 3.9 Calorímetros .............................................................................................................. 21 4. Processos de propagação de calor ................................................................................ 23 4.1 Condução ................................................................................................................... 24 4.2 Convecção .................................................................................................................. 28 4.3 Irradiação................................................................................................................... 30 5. Questões Propostas ..................................................................................................... 32 6. Questões Comentadas ................................................................................................. 46 GABARITO ....................................................................................................................... 77 Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 2 77 1. INTRODUÇÃO. Olá guerreiros! Vamos para a nossa quarta aula, inaugurando a parte de termologia do nosso curso. Força nos estudos e muita atenção nessa aula que é de suma importância para a resolução das questões das provas dos principais concursos, principalmente os das escolas militares, como a EAM. O crescimento dessa matéria é notável nas provas dos últimos anos, portanto, fiquem ligados! Ao final da teoria vamos expor algumas questões de provas anteriores de concursos militares, inclusive da EAM, que pude perceber que gosta muito de questões conceituais nesses temas. Abraço. Prof. Vinícius Silva. Olá prezado aluno, Essa aula versará sobre um tema muito importante para você, o tema será a termologia, em suma estudaremos os processos térmicos e as principais propriedades deles. A parte de termologia em nosso curso será dividida e teremos várias aulas sobre esse tema, essa primeira vai versar sobre Termometria, Calorimetria e Processos de propagação do calor. 2. TERMOMETRIA E AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS A primeira parte do nosso conteúdo versará sobre a termometria, que, pela etimologia da palavra, cuida do estudo dos termômetros e das medidas de temperatura dos corpos. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 3 77 A medida da temperatura é de suma importância nos processos térmicos, pois são as temperaturas que nos darão muitas informações acerca do comportamento dos gases, bem como das trocas de calor que ocorrem entre corpos cujas temperaturas apresentam valores distintos. Então perceba que é muito importante para você conhecer a medida da temperatura. A temperatura termodinâmica de um corpo está associada ao grau de agitação das moléculas desse corpo. Em poucas palavras, podemos dizer que um corpo a baixa temperatura apresenta pouca agitação molecular, ao passo que um corpo em altas temperaturas apresenta um grau de agitação molecular intenso. Cuidado! Não confunda temperatura com calor, a primeira possui o conceito dado acima, por outro lado o segundo trata-se de uma forma de energia, é o que chamamos de energia térmica em trânsito. Você provavelmente se confunde porque uma coisa leva a outra. Veja. Calor é a energia térmica fluindo de um corpo mais quente para um mais frio, ou seja, de um corpo cuja temperatura é maior que a do outro, que está recebendo o calor. É assim que acontece com as sensações de frio e calor. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 4 77 Eu moro no interior do Nordeste em uma cidade em que nos meses de outubro e setembro o calor é “infernal”, assim, a temperatura do corpo eleva-se e para tentar manter a temperatura corporal o nosso corpo elimina líquidos como o suor. O calor é a temperatura do nosso corpo elevando-se por conta do sol de rachar que faz opor aqui. Acontece uma coisa análoga quando colocamos uma cerveja no bom e velho isopor cheio de gelo e a enterramos como se tivéssemos o fazendo na areia da praia. Nesse segundo exemplo, a cerveja “quente” perde calor para o gelo e assim resfria, diminuindo a sua temperatura. Em todas essas situações podemos afirmar que há variação de temperatura do corpo pela perda ou ganho de calor. Vamos ver os tipos de calor envolvidos na termologia na parte de calorimetria, aqui quero só que você não se confunda com os dois conceitos, o de temperatura e o de calor. 2.1 ESCALAS DE TEMPERATURA As escalas de temperatura baseiam-se na comparação. A fixação de uma escala de temperaturas começa com a escolha do termômetro, isto é, de um sistema dotado de uma propriedade que varie regularmente com a Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 5 77 temperatura. Essa propriedade chamamos de propriedade termométrica, por exemplo, a medida que aumenta a temperatura de um termômetro clínico, aumenta a altura da coluna de mercúrio em seu interior. A cada valor da propriedade termométrica (altura) corresponderáum único valor da temperatura, isto é, a temperatura é uma função unívoca da propriedade termométrica. Para as escalas termométricas usadas tradicionalmente, os sistemas universalmente escolhidos são: a) sistema gelo – água sob pressão normal (1 atm), cuja temperatura é aqui denominada ponto de gelo. b) sistema água – vapor d’água sob pressão normal (1 atm), cuja temperatura é aqui denominada ponto de vapor. Essas temperaturas são também chamadas “pontos fixos fundamentais” e o intervalo entre elas recebe o nome de “intervalo fundamental” da escala. Chamamos de escala termométrica a sequência ordenada das temperaturas que definem, em graus, todos os estados térmicos, ordenados dos mais frios aos mais quentes. As escalas estabelecidas atribuindo valores arbitrários aos pontos fixos são denominadas escalas termométricas relativas. Existem três escalas de suma relevância para a sua prova, que vamos iniciar seu estudo a partir de agora. 2.2 A ESCALA CELSIUS Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 6 77 Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de fusão e para o ponto de vapor são respectivamente, 0 e 100. O intervalo é dividido em 100 partes, cada uma das quais constitui o grau Celsius (0C). Ponto do Gelo: ┞G =00C ֜ XG Ponto do Vapor: ┞V = 1000C ֜ XV Define-se o grau Celsius como sendo a variação de temperatura que acarreta na propriedade termométrica (X) uma variação igual a 1/100 da variação que sofre esta propriedade quando o termômetro é levado do ponto de gelo ao ponto de vapor (Intervalo Fundamental). Essa escala é muito utilizada na prática do nosso dia a dia e nos dá uma impressão muito boa dos dias quentes e frios. 2.3 A ESCALA FAHRENHEIT Os valores atribuídos, nessa escala, para o ponto de fusão e para o ponto do vapor são respectivamente, 32 e 212. O intervalo é dividido em 180 partes, cada uma das quais constitui o grau Fahrenheit (0F). Ponto do Gelo: ┞G = 32ºF ֜ XG Ponto do Vapor: ┞V = 212º ֜ XV Essa escala também é muito utilizada no dia a dia em países como os Estados Unidos da América. Lá eles utilizam essa escala como nós utilizamos a Celsius por aqui. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 7 77 2.4. RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS FAHRENHEIT E CELSIUS. Observe a figura abaixo, na qual podemos observar as duas escalas vistas acima. Para certo estado térmico, observe a coluna de altura h do termômetro para a qual correspondemos às temperaturas ┞C (Celsius) e ┞F (Fahrenheit). 0 32 100 0 212 32 : 32 5 9 C F C F C Fa b C F simplificando F Essa fórmula relaciona as duas escalas chamadas de escalas reltivas. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 8 77 2.5 VARIAÇÃO DE TEMPERATURA NAS ESCALAS CELSIUS E FAHRENHEIT Observe a figura abaixo na qual temos as variações de temperatura representadas nas respectivas escalas. A relação entre as variações de temperatura C e F pode ser obtida pela relação entre os segmentos definidos na haste de um termômetro de mercúrio graduado nas duas escalas: 100 0 212 32 : 5 9 C F C F a b C F simplificando Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 9 77 2.6 ESCALA ABSOLUTA KELVIN É possível demonstrar que existe um limite inferior, ainda que inalcançável de temperatura, ou seja, há um estado térmico mais frio que qualquer outro. Como veremos mais tarde, essa situação corresponde à cessação do chamado movimento de agitação térmica de todos átomos e moléculas do sistema. A esse estado térmico dá- se o nome de zero absoluto. Embora seja inatingível na prática, foi possível, através de condições teóricas, chegar- se à conclusão de que o zero absoluto corresponde, nas escalas relativas usuais, a – 273,160C e – 459,670F. Representando: A escala absoluta Kelvin tem origem no zero absoluto (-273 0C aproximadamente) e unidade kelvin (símbolo: K), igual ao grau Celsius. Para efeito de comparação entre as escalas, consideremos o termômetro hipotético da figura: Sendo K a leitura na escala Kelvin e ┞C a leitura Celsius, para a mesma temperatura, temos: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 10 77 273K C K C 3. CALORIMETRIA A calorimetria é um outro ramo da termologia, que estuda alguns fenômenos térmicos, notadamente as trocas de calor entre corpos que possuem temperaturas distintas. Como já foi dito anteriormente, o calor é uma forma de energia, é a energia térmica em trânsito. Antes de adentrarmos propriamente nos conceitos relativos ao calor e suas formas, vamos conhecer dois conceitos que serão necessários, que são os conceitos de Calor Específico e Capacidade Térmica. 3.1 CAPACIDADE TÉRMICA Vamos idealizar uma experiência usando uma fonte de potência constante e igual a 10 cal /s. Anotemos o tempo de aquecimento, a quantidade de calor fornecida e a variação de temperatura . Estabelecendo um gráfico que possa nos mostrar o comportamento das grandezas acima: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 11 77 Analisando o comportamento térmico dessa substância, verificamos que há uma relação constante entre a quantidade de calor (Q) recebida e a variação de temperatura () apresentada. Para cada 100 cal recebidas, a temperatura varia 8ºC. Portanto, essa relação constante entre a quantidade de calor Q e a respectiva variação de temperatura ─┞ é uma grandeza característica do corpo em questão, sendo denominada capacidade térmica. Veja que a grandeza não depende da massa do corpo que está sendo aquecida. Q C A essa grandeza constante damos o nome de Capacidade Térmica. É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C. A unidade da capacidade térmica é de fácil visualização: 1calC cal C C Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 12 77 Essa unidade não se trata de uma unidade SI, mas de uma unidade usual, a unidade SI seria: 1. J C J K K No entanto, a unidade que aparecerá mais nas questões será a usual. 3.2 CALOR ESPECÍFICO Outra grandeza de fundamental importância para o entendimento acerca da calorimetria é o calor específico. Vejamos. Caso a experiência descrita no item anterior fosse repetida com corpos da mesma substância, mas com diferentes massas, obter-se-iam os resultados expressos na seguinte tabela: Portanto, para corpos de uma mesma substância, a capacidade térmica é diretamente proporcional à massa, uma vez que, variando a massa, a capacidade térmica varia na mesma proporção. Então, a relação entre a capacidade térmica e a massa, para esses corpos da mesma substância, permanece constante. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 119584817413785757 - isac 13 77 12,5 / 25 / 37,5 / 50 / 0,50 / . 25 50 75 100 cal C cal C cal C cal C c cal g C g g g g Ou seja, a relação entre a capacidade térmica e a massa é constante: C c m A unidade do calor específico é dada por: / / . cal C c cal g C g Podemos dizer que o calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de um corpo de 1°C. Assim, veja que o calor específico é uma quantidade que depende da massa envolvida na questão. Agora que você entendeu essas duas grandezas, vamos aprender a calcular os dois tipos de calor envolvidos nas transferências de energia térmica. 3.3 CALOR SENSÍVEL O calor sensível é um tipo de calor necessário para elevar ou reduzir a temperatura de um corpo de certo valor. Assim, podemos dizer que sempre haverá calor sensível quando há mudança de temperatura de um corpo. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 14 77 Afirmamos então que quando o corpo aumenta a sua temperatura ele recebe calor do meio, ou de outro corpo; Ao passo que, quando ele reduz a sua temperatura, é sinal de que ele cedeu calor para o ambiente. Vamos então quantificar esse calor sensível partindo do calor específico: . . .sensível C Q c c m m Q mc Veja então que a variação da temperatura está ligada ao calor sensível. Poderíamos também ter retirado uma fórmula para o calor sensível a partir da capacidade calorífica: . Q C Q C Essas são as fórmulas que você vai memorizar para calcular o calor sensível envolvido em um processo de trocas de calor entre corpos. Veja que esses calores podem ser positivos ou negativos, a depender do aumento ou redução de temperatura. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 15 77 3.4 O EQUIVALENTE MECÂNICO A unidade de calor vista até aqui é a caloria, no entanto, essa não é uma unidade do sistema internacional de unidades, para obter a unidade nesse sistema, devemos trabalhar com um equivalente mecânico, que é nada mais do que uma relação existente entre a caloria e o joule, este último unidade de energia na mecânica. 1 4,2cal J 3.5 CALOR SENSÍVEL E A POTÊNCIA DA FONTE TÉRMICA Nesse item vamos encontrar uma forma de relacionar a quantidade de calor fornecida ou cedida por um corpo e o tempo necessário pra tanto. Seja Q a quantidade de calor que uma fonte térmica fornece a um sistema no intervalo de tempo ─t. Definimos potência média da fonte pela razão: m Q Pot t Se a mesma quantidade de calor for fornecida sempre no mesmo intervalo de tempo, podemos admitir que a potência instantânea será constante e igual a: Q Pot t Ou também, Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 16 77 .Q Pot t É muito bom conhecer esses conceitos, pois já foram objetos de muitas questões em exames passados. 3.6. CALOR LATENTE Ao apresentar o conceito de calor, imaginamos que os dois corpos sofram variação de temperatura ao trocar calor. No entanto, há situações em que a temperatura de um dos corpos se mantém constante. É o que acontece quando um deles está mudando seu estado de agregação, ou seja, está mudando de fase. Se aquecermos água sob pressão normal, estando ela inicialmente a 10ºC, verificaremos que a temperatura registrada pelo termômetro sobe gradativamente até alcançar 100ºC. A partir desse instante, embora continue o fornecimento de calor, a temperatura permanece constante e a água passa a sofrer uma mudança de estado, transformando-se em vapor o líquido contido no recipiente. A mesma coisa acontece se você pegar um pedaço de gelo, e sob as mesmas condições acima, aquecê-lo. Chegará um momento em que a temperatura irá estacionar em 0°C até que todo o gelo derreta, a partir daí ela vai amentar até 100° e acontece o que já foi explicado no parágrafo anterior. A conclusão é que existe uma situação em que a temperatura permanece constante e ainda assim há fornecimento de calor para os corpo. A esse calor chamamos de calor latente. Observe o processo de aquecimento abaixo: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 17 77 No caso acima, caso quiséssemos representar por meio de um gráfico, a temperatura em função do tempo: Define-se calor latente de uma mudança de estado a grandeza, L, que mede numericamente a quantidade de calor que a substância troca por grama durante a mudança de estado. Por exemplo, para a vaporização da água descrita na experiência, o calor latente vale: 540 /VL cal g Por outro lado, se estiver ocorrendo a liquefação ou condensação do vapor de água, poderíamos dizer que o calor latente, por conta da perda de calor: 540 /LL cal g Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 18 77 Podemos dizer que cada um grama de água que passa do estado líquido par ao estado de vapor necessita de 540cal de energia para fazê-lo. Por outro lado, cada grama de água que condensa perde um calor de 540cal para executar a mudança de fase inversa. Para uma mesma substância, o valor do calor latente depende da transição que está ocorrendo. Quando o gelo (água no estado sólido) se derrete, convertendo-se em água no estado líquido (fusão), o calor latente é LF = 80 cal/g. Para a transformação inversa (solidificação da água ou congelamento), o calor latente é LS = -80 cal/g. Como o calor latente L é expresso para a unidade de massa, se tivermos que calcular a quantidade de calor Q. envolvida na mudança de estado de certa massa m da substância, deveremos usar a fórmula: .Q m L Já que estamos falando de mudanças de estado físico, é bom Todo elemento, a transição entre um estado de agregação e outro tem a seguinte nomenclatura usual: É bom lembrar-se de todos os conceitos relativos às mudanças de fase, pois podem ser cobrados em uma questão teórica. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 19 77 3.7. CURVAS DE AQUECIMENTO Vamos procurar agora verificar como construir uma curva de aquecimento de um corpo de chumbo. Lembre-se de que existem dois tipos de calor, o sensível e o latente, cada um bem definido e com sua atribuição restrita. Tomemos como exemplo o caso do chumbo: um pedaço dele, sob pressão normal e à temperatura ambiente, está no estado sólido. Se ele for aquecido até a temperatura de 327ºC , continuando a receber calor, começará a fundir-se. Enquanto durar a fusão, isto é, enquanto houver um fragmento sólido de chumbo, a temperatura se manterá em 327ºC (mantida constante a pressão). Terminada a fusão, estando chumbo líquido a 327ºC , continuando a receber calor, sua temperatura subirá até 1750ºC , quando se iniciará outra mudança de estado de agregação: a vaporização. Durante ela, sua temperatura se manterá em 1750ºC, mantida constante a pressão. Somente quanto termina a vaporização, a temperatura volta a subir. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 -Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 20 77 É importante saber que nas partes inclinadas da curva temos um tipo de calor, que é o sensível; por outro lado, na parte horizontal do gráfico temos o calor latente, uma vez que a temperatura permanece constante. 3.8 EQUILÍBRIO TÉRMICO Você já deve ter se perguntado o que acontece quando você “enterra” uma latinha de cerveja em um isopor cheio de gelo. De fato, o que vai acontecer é um resfriamento da bebida. Esse resfriamento ocorre por conta da perda de calor da latinha para o gelo. É como se o gelo, a uma temperatura inferior, recebesse calor da latinha a uma temperatura maior e ambos chegassem, após um certo intervalo de tempo, a um equilíbrio no qual nem a temperatura do gelo aumenta e nem a temperatura da latinha diminui. A esse ponto chamamos de equilíbrio térmico e à essa temperatura chamamos de temperatura de equilíbrio térmico. Em muitas questão é solicitado o valor dessa temperatura ou de outras grandezas envolvidas no processe acima. Para entendermos melhor essa ideia, vamos estabelecer dois princípios que serão largamente utilizados para resolver questões dessa natureza. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 21 77 3.9 CALORÍMETROS Os calorímetros são recipientes onde são colocados os corpos que trocam calor; eles são utilizados para a medição do calor específico dos corpos. Os calorímetros são tanto quanto possível isolados do meio exterior, para evitar trocas de calor entre o meio externo e o calorímetro mais seu conteúdo, por serem essas quantidades de calor difíceis de medir. No entanto, nada impede que seja introduzida ou retirada do interior do calorímetro qualquer quantidade de calor facilmente mensurável. Existem diversos tipos de calorímetros. O esquema abaixo mostra o calorímetro das misturas, também chamado calorímetro de Berthelot. Alguns calorímetros possuem capacidade térmica, e nesse caso devemos considera-lo nos processos de trocas de calor também, além dos corpos que estão em seu interior. Caso queiramos calcular o calor envolvido no calorímetro, basta aplicar a fórmula da capacidade térmica: .calorímetroQ C Sem exemplificar, fica realmente muito difícil entender como esses dois princípios podem ser utilizados em um problema. Assim, vamos verificar como isso foi cobrado em uma questão CESGRANRIO. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 22 77 (CESGRANRIO – DECEA – CONTROLADOR DE TRÁFEGO AÉREO – 2007) Um calorímetro tem capacidade térmica de 12,0cal/°C e sua temperatura é 25°C. Um certo líquido de calor específico 0,5cal/g°C cuja temperatura é 38°C será armazenado no calorímetro. Que massa desse líquido, em gramas, é necessária para que o equilíbrio térmico seja estabelecido a 35°C? (A) 90 (B) 80 (C) 70 (D) 60 (E) 50 Resolução: Essa questão me traz boas lembranças. Na época eu tinha apenas 21 anos de idade e esse era o meu primeiro concurso público. Havia em min uma sede de vitória, uma impressionante vontade de vencer, de estar entre os aprovados. A sensação que tive quando recebi o resultado desse concurso e percebi que havia sido aprovado para uma das vagas de Recife (4 vagas), nem me deparei com a classificação em 2° lugar, pois não havia espaço para outra coisa a não ser a minha felicidade e alegria em saber que estava abrindo as portas do serviço público, e com as minhas próprias pernas adentrando em um lugar que muitos queriam estar. Pessoal, essa introdução foi para vocês empolgarem e motivarem-se nessa reta final para a sua prova. Tenho certeza de que você precisa dessas injeções de ânimo de vez em quando. Vamos à questão. Trata-se de um problema de equilíbrio térmico. Nele temos um calorímetro a uma temperatura menor que a do líquido. Assim, podemos de cara perceber que o calorímetro receberá calor do líquido e o líquido irá ceder calor para o calorímetro e ambos atingirão a temperatura de equilíbrio de 35°C. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 23 77 Assim, podemos esquematizar essas trocas de calor e dizer que ambas tem o mesmo módulo, ou seja o calor cedido pelo, líquido é totalmente recebido pelo calorímetro. . . . .0,5. 35 38 12. 35 25 1,5 120 80 cedido recebido líquido líquido calorímetro calorímetro Q Q mc C m m m g Portanto a resposta para a questão será o item B. Veja que se trata de questões simples, mas que o aluno deve ter lido a teoria e também é necessário conhecer as fórmulas. 4. PROCESSOS DE PROPAGAÇÃO DE CALOR Vamos estudar nesse ponto um dos assuntos mais cobrado em provas de vestibulares e concursos quando o tema é termologia, estamos falando dos procedimentos de propagação de calor. É por meio de três processos que o calor acaba sendo propagado e a energia térmica sendo levada de um lugar para o outro. Vamos aprender as particularidades de cada um desses processos, entendendo qual a principal aplicação na prática e quais as diferenças de cada processo. Prontos para aprender porque o ar condicionado é colocado, geralmente, perto do teto de um ambiente? Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac ==123f48== 24 77 Sabe por que você fica arrepiado e isso é, uma tendência natural do seu corpo quando você sente frio? Como o calor sai do Sol e chega até a Terra? Vamos responder todas essas perguntas e ainda vamos mostrar vários aspectos teóricos ligados aos processos. 4.1 CONDUÇÃO Esse é o primeiro processo de propagação do calor. Por meio dele o calor sai de um ponto e chega a outro, sempre necessitando de um meio material para fazê-lo. Aqui o calor é conduzido molécula por molécula até que chega ele é propagado de um ponto para outro. Imagine a situação em que você coloca uma faca de mesa, feita totalmente de um material metálico, com uma das pontas na boca do fogão acesa. Certamente após algum tempo a parte em que você segura a faca também estará quente, pois cada molécula foi aquecida e foi transmitindo o movimento vibracional uma a uma, até chegar na molécula que está perto das sua mão. Veja como seria o esquema das moléculas sendo agitadas: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 25 77 Pessoal, então fica a dica para que você lembre-se de que o processo de propagação de calor chamado condução necessita de um meio material para que tenhamos a sua propagação por meio dele. Outro assunto que você deve dominar são os isolantes térmicos, eles têm a função de fazer com que o calor não saia de um corpo, ou seja, servem para manter a temperatura constante de um corpo. Isso é muito comum no dia a dia, pois uma garrafa de café, uma garrafa térmica de água evita que ocorram processos de propagação do calor, evitando assim o resfriamento ou o aquecimento de uma substância contida em um desses dispositivos. Em relação aos isolantes, o que podemos destacar é que o ar é o mais importante, pois se trata de um isolante térmico de alta eficiência, é um dos melhores. É por isso que quando estamos com frio, ficamos arrepiados, trata-se de um mecanismonatural do corpo humano, que tenta reter o ar em uma camada sobre a pele para que ele se comporte como isolante térmico, evitando que o corpo humano tenha perdas de calor para o ambiente mais frio. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 26 77 A mesma coisa acontece com os passarinhos que eriçam suas penas para formar a tal camada de ar. As roupas de frio, feitas, geralmente, de lã também fazem uso dessa ideia para que sua eficiência seja testada. O isopor também é um excelente isolante térmico, e tem sido utilizado inclusive em novos projetos arquitetônicos em que se deseja isolar termicamente algum ambiente. Os telhados das casas também estão sendo adaptados para isolantes térmicos. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 27 77 Mas além dessa parte teórica bem tranquila você precisa conhecer a lei de Fourier, que trata, quantitativamente, dos valores do fluxo de calor entre dois ambientes. Para entender a fórmula, basta prestar atenção na figura abaixo: 2 1KA e K é o chamado coeficiente de condutibilidade térmica, A é a área da superfície, e é a espessura da parede, e 1 e 2 são as temperaturas respectivas entre os ambientes. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 28 77 4.2 CONVECÇÃO Na convecção o calor se propaga através de correntes de convecção ascendentes e descendentes gerando uma espécie de ciclo do calor. Para que tenhamos propagação de calor por meio de convecção também precisamos de um meio material, no entanto, esse meio geralmente é um meio gasoso, no qual o calor acaba entrando em um ciclo. Exemplos de propagação de calor por meio da convecção estão na geladeira, no ar condicionado, nas brisas das praias, entre outros casos. Você sabe porque o ar condicionado é colocado em cima da sala e o aquecedor no chão? É simples, é pelo fato de o ar frio ser mais pesado, o que faz com que ele caia e o ar quente suba. No aquecedor é o contrário, pois a ideia é esquentar o ambiente. Na geladeira também temos a mesma ideia e até no interior da Terra é possível verificar correntes de convecção. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 29 77 Nas brisas litorâneas é simples entender porque temos uma inversão. Observe a figura: Esse fenômeno também é explicado pelas correntes de convecção. O calor específico da água é bem maior que o da areia da praia, isso leva a um aumento de temperatura maior da areia do que da água durante o dia, logo teremos correntes de convecção do ar quente, que sobe, pois é menos denso que o frio e o ar frio acaba saindo da água para a areia. É por isso que os barcos à vela voltam para terra durante o dia. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 30 77 A noite e durante a madrugada o sol se esconde e então ocorre o contrário, pois nesse caso a água demora mais a resfriar, então o ar quente sobe da água e o ar frio vem da areia para a água. Assim, os pescadores geralmente aproveitam-se desse fenômeno para saírem para o mar durante a madrugada, o que faz com que os ventos sejam aproveitados para levar as embarcações para dentro do mar. Outro ponto importante a ser ressaltado na convecção é a inversão térmica. Quando o dia está quente o ar próximo ao solo, onde estão os poluentes, está mais quente que o das camadas mais altas. Desse modo, as correntes de convecção levam o ar poluído para cima. Por outro lado, nos dias frios, o ar mais próximo ao solo está mais frio que o das camadas mais altas e, assim, não há convecção para cima e o ar poluído fica próximo ao solo gerando problemas de poluição. 4.3 IRRADIAÇÃO. Esse é o último processo de propagação de calor. Nele o mais importante é saber que o calor se propaga por meio de ondas de calor, ondas eletromagnéticas. Essas ondas não necessitam de um meio material para se propagar. Assim, o calor pode se propagar até mesmo no vácuo e é assim que o calor do sol chega até nós. Veja na figura abaixo: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 31 77 O calor flui do sol para a Terra por meio da irradiação. A radiação solar geralmente ocorre por meio de raios infravermelhos. Resumindo os processos: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 32 77 5. QUESTÕES PROPOSTAS 01. (Unesp 2014) O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima. A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada. b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada. c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região. d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura. e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite. 02. (Pucsp 2015) Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 33 77 testar o funcionamento de seu recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a 20 C. Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por 40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kWh é igual a R$ 0,28, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento. a) 0,50 b) 0,40 c) 0,30 d) 0,20 e) 0,10 03. (Pucrj 2015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 C a 70 C. O calor específicodeste metal, em cal / g C, vale: a) 10,6 b) 23,5 c) 0,094 d) 0,047 e) 0,067 04. (Pucrj 2015) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 25 C e 0,15 L de água a 15 C. Desprezando trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em °C, é: a) 15 b) 19 Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 34 77 c) 21 d) 25 e) 40 05. (Unesp 2015) A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto. INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos 4,2 g Proteínas 3 g Gorduras totais 7,3 g Gorduras saturadas 1,5 g Gordura trans 0 g Fibra alimentar 1g Sódio 45 g www.brcaju.com.br Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 35 77 Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a a) 10000. b) 5000. c) 12500. d) 7500. e) 2500. 06. (Pucrj 2015) Podemos estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico da pele é igual ao da água: c 1,0 cal / (g C). Considere o calor latente de vaporização da água como vL 1000 / 3 333 cal / g. Calcule o aumento de temperatura da pele devido à absorção do calor, em C. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) 333 07. (Unicamp 2015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de iT 2.700 C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa 24M 6,0 10 kg constituída de um material com calor específico c 0,5 kJ / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de fT 700 C é igual a a) 2724,0 10 kJ. b) 276,0 10 kJ. c) 278,1 10 kJ. d) 272,1 10 kJ. 08. (Fuvest 2013) Em um recipiente termicamente isolado e mantido a pressão constante, são colocados 138 g de etanol líquido. A seguir, o etanol é aquecido e sua Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 36 77 temperatura T é medida como função da quantidade de calor Q a ele transferida. A partir do gráfico de TxQ, apresentado na figura abaixo, pode-se determinar o calor específico molar para o estado líquido e o calor latente molar de vaporização do etanol como sendo, respectivamente, próximos de Dados: Fórmula do etanol = C2H5OH; Massas molares = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol). a) 0,12 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. b) 0,12 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. c) 0,21 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. d) 0,21 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. e) 0,35 kJ/(mol°C) e 110 kJ/mol. 09. (Unesp 2013) Por que o deserto do Atacama é tão seco? A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas eletromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 37 77 (Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.) Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS ______________ e a escassez de nuvens na região do Atacama ______________. As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por a) favorece a convecção – favorece a irradiação de calor b) favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor c) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor d) permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa e) dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor 10. (Unesp 2012) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível. Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre a) 75,0 e 85,0. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 38 77 b) 65,0 e 74,9. c) 55,0 e 64,9. d) 45,0 e 54,9. e) 35,0 e 44,9. 11. (Uema 2015) [...] Ainda existem discordâncias sobre o local ideal para mensurar a temperatura corporal. Pode ser axilar, bucal, timpânico, esofágico, nasofaringeano, vesical e retal. Os locais habitualmente mensurados são - Axilar: temperatura normal encontra-se entre 35,5 a 37,0 C, com média de 36,0 a 36,5 C. - Bucal: temperatura normal encontra-se entre 36,0 a 37,4 C. - Retal: temperatura normal encontra-se entre 36,0 a 37,5 C. Fonte: Disponível em: <http://fisiologia.med.up.pt/Textos_Apoio/outros/ Termorreg.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2014. (adaptado) Transformando esses valores para escala Kelvin, a temperatura normal, na região bucal, encontra-se entre: a) 308,0 a 311,5 b) 308,5 a 310,0 c) 309,0 a 310,4 d) 309,0 a 310,5 e) 310,2 a 310,4 12. (Uema 2015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor elétrico para colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que essa massa estava a 20 C e que levou 5 min para ferver a 100 C. Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o calor específico igual a 1cal / g C, calcule o tempo totalprogramado pelo técnico para o desligamento do temporizador do aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação. 13. (EEAR – 2016) A capacidade térmica de um corpo constituído de uma certa substância A não depende Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 39 77 a) de sua massa. b) de seu volume. c) do calor específico de A. d) de sua massa e do calor específico de A. 14. (EEAR – 2016) A quantidade de calor que é preciso fornecer ao corpo para que haja mudança em sua temperatura, denomina-se calor a) sensível. b) estável. c) latente. d) interno. 15. (EEAR – 2016) Muitas pessoas costumam ir à praia para o consagrado “banho de Sol”. Dessa forma, pode-se dizer que tais pessoas “recebem” calor, principalmente, através do processo de a) condução b) irradiação c) convecção d) evaporação 16. (EEAR – 2016) Um técnico de laboratório está traduzindo um procedimento experimental. No original em inglês, está escrito que uma determinada substância possui o ponto de ebulição a 172,4 ºF. Este valor corresponde a ..... ºC. a) 15,6 b) 28,1 c) 78,0 d) 140,4 17. (EEAR – 2016) Das alternativas a seguir, aquela que explica corretamente as brisas marítimas é: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 40 77 a) o calor específico da água é maior que o da terra. b) o ar é mais rarefeito nas regiões litorâneas facilitando a convecção. c) o movimento da Terra produz uma força que move o ar nas regiões litorâneas. d) há grande diferença entre os valores da aceleração da gravidade no solo e na superfície do mar. 18. (EEAR – 2016) As trocas de energia térmica envolvem processos de transferências de calor. Das alternativas a seguir, assinale a única que não se trata de um processo de transferência de calor. a) ebulição. b) radiação. c) condução. d) convecção. 19. (EEAR – 2016) Os satélites artificiais, em geral, utilizam a energia solar para recarregar suas baterias. Porém, a energia solar também produz aquecimento no satélite. Assinale a alternativa que completa corretamente a frase: “Considerando um satélite em órbita, acima da atmosfera, o Sol aquece este satélite por meio do processo de transmissão de calor chamado de ______________.” a) condução b) irradiação c) convecção d) evaporação 20. (Eear 2017) Em uma panela foi adicionada uma massa de água de 200 g à temperatura de 25 C. Para transformar essa massa de água totalmente em vapor a 100 C, qual deve ser a quantidade total de calor fornecida, em calorias? (Considere calor específico da água c 1cal g C). a) 1.500 b) 20.000 c) 100.000 d) 123.000 Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 41 77 21. (Eear 2017) Um buffet foi contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10 C. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25 C, determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0 C, necessário para obter água à temperatura de 10 C. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado. Dados: - densidade da água 31g cm ; - calor específico da água 1cal g C; - calor de fusão do gelo 80 cal g C; e - calor específico do gelo 0,5 cal g C a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 22. (Eear 2017) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 C. Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será: Dados: calor de fusão do gelo 80 cal g C a) 40 b) 400 c) 4.000 d) 40.000 23. (Eear 2016) Considere um cubo de gelo de massa 1kg que se encontra à temperatura de 2 C. Colocado ao sol, recebe 14 J de calor a cada segundo. Dados o Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 42 77 calor específico do gelo igual a 0,5 cal g C e 1cal igual a 4,2 J. Quantos minutos, aproximadamente, o gelo deverá ficar ao sol para começar a se fundir? a) 0,005 b) 0,5 c) 5 d) 50 24. (EAM – MARNHEIRO – 2017) A termologia é a parte da física que estuda os fenômenos ligados à energia térmica. Dentre os conceitos relacionados aos fenômenos térmicos, marque a opção INCORRETA: a) Temperatura é a grandeza que mede o estado de agitação das moléculas de um corpo. b) Calor é a sensação que se tem quando o dia está muito quente. c) Fusão é a passagem do estado sólido para o estado líquido. d) Convecção é a principal forma de transmissão do calor através dos fluídos (líquidos e gases). e) Transformação isométrica é aquela que ocorre sem alteração do volume ocupado pelo gás. 25. (EAM – MARNHEIRO – 2017) Quantas calorias são necessárias para aquecer 500g de certa substância de 20°C a 70°C? Dado: c = 0,24cal/g°C a) 3000 calorias. b) 4000 calorias. c) 5000 calorias. d) 6000 calorias. e) 7000 calorias. 26. (EAM – MARNHEIRO – 2016) Uma cidade localizada na Serra Catarinense a uma altitude de 1.450m acima do nível do mar, durante um determinado ano, registrou - 8,9°C, a mais baixa temperatura do inverno. Essa temperatura caso tivesse sido Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 43 77 registrada na escala Fahrenheit, seria de aproximadamente a) 2°F b) 8°F c) 16°F d) 22°F e) 38°F 27. (EAM – MARNHEIRO – 2016) A termologia é a parte da Física que estuda os fenômenos determinados por energia térmica, que é a forma de energia relacionada á agitação das partículas de um corpo. Com relação á termologia, analise as afirmativas abaixo. I - Quanto maior a energia cinética média das partículas, menor a temperatura do corpo. II - Para que haja transferência de calor entre dois corpos, eles devem estar a temperaturas diferentes. III - Quanto maior o calor específico de um material, menor a quantidade de calor necessária para o material ser aquecido até determinada temperatura. IV - No Sistema Internacional de Unidades, a quantidade de calor transferida de um corpo para outro é medida em joules. Assinale a opção correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras. c) Apenas as afirmativas I e III são verdadeiras. d) Apenas as afirmativas II e IV são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. 28. (EAM – MARNHEIRO – 2015) Analise as afirmativas abaixo referentes aos Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 44 77 conceitos de temperatura e calor. I- Calor é a medida de agitação molecular. II- Calor é uma forma de energia. III- Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando estão mesma temperatura. Assinale a opção correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas a afirmativa III é verdadeira. c) Apenas a afirmativa II é verdadeira. d) Apenas as afirmativas II e III são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I eIII são verdadeiras. 29. (EAM – MARNHEIRO – 2015) Com relação aos três processos de propagação de calor: condução, convecção e irradiação, assinale a opção correta. a) O processo de condução ocorre apenas nos líquidos e gases. b) O processo de convecção ocorre apenas nos sólidos c) A propagação de calor por irradiação é o único dos três processos que pode ocorrer no ar atmosférico. d) No processo de convecção ocorre o movimento das moléculas, formando correntes de convecção, e) O calor do Sol propaga-se no espaço pelo processo de condução até atingir a atmosfera terrestre e ser absorvido pelos corpos. 30. (EAM – MARNHEIRO – 2014) O calor e uma forma de energia que ocorre devido a uma diferença de temperatura. Assinale a opção que apresenta a forma de propagação de calor que se caracteriza por ocorrer apenas nos fluidos. a) Convecção. b) Irradiação. c) Condução. d) Equilíbrio Térmico. e) Eletrização. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 45 77 31. (EAM – MARNHEIRO – 2012) O local onde se renne o sistema de propulsão de um navio é chamado de praça de máquinas. A caldeira é um dos equipamentos mais comuns nas embarcações como os porta-aviões. Um operador desse tipo de sistema aferiu a temperatura de uma caldeira em 842° F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius? a) 300°C b) 350°C c) 400°C d) 450°C e) 500°C 32. (EAM – MARNHEIRO – 2011) O corpo humano pode ser comparado com um sistema termodinâmico que retira calor de uma fonte (os alimentos) e realiza trabalho usando parte dessa energia. A Organização Mundial de Saúde recomenda que todo ser humano, para se manter saudável, deve ingerir cerca de 2000 calorias alimentícias diariamente. Considerando que essa energia consumida diariamente pudesse ser usada para aquecer toda a água existente no corpo de uma pessoa de 60 kg de massa, qual seria a variação de temperatura sofrida pela água? Dados: 1 caloria alimentícia = 1.000 cal Densidade da água = 1 kg/ litro Calor específico da água = 1 cal/ g°C Quantidade de água no ser humano = 2/3 da sua massa. a) 20°C b) 30°C c) 40°C d) 50°C e) 60°C Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 46 77 6. QUESTÕES COMENTADAS 01. (Unesp 2014) O gráfico representa, aproximadamente, como varia a temperatura ambiente no período de um dia, em determinada época do ano, no deserto do Saara. Nessa região a maior parte da superfície do solo é coberta por areia e a umidade relativa do ar é baixíssima. A grande amplitude térmica diária observada no gráfico pode, dentre outros fatores, ser explicada pelo fato de que a) a água líquida apresenta calor específico menor do que o da areia sólida e, assim, devido a maior presença de areia do que de água na região, a retenção de calor no ambiente torna-se difícil, causando a drástica queda de temperatura na madrugada. b) o calor específico da areia é baixo e, por isso, ela esquenta rapidamente quando ganha calor e esfria rapidamente quando perde. A baixa umidade do ar não retém o calor perdido pela areia quando ela esfria, explicando a queda de temperatura na madrugada. c) a falta de água e, consequentemente, de nuvens no ambiente do Saara intensifica o efeito estufa, o que contribui para uma maior retenção de energia térmica na região. d) o calor se propaga facilmente na região por condução, uma vez que o ar seco é um excelente condutor de calor. Dessa forma, a energia retida pela areia durante o dia se dissipa pelo ambiente à noite, causando a queda de temperatura. e) da grande massa de areia existente na região do Saara apresenta grande mobilidade, causando a dissipação do calor absorvido durante o dia e a drástica queda de temperatura à noite. Resposta: item B. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 47 77 Comentário: Outra questão envolvendo a diferença entre os calores específicos da água e da areia. O calor específico maior da água do que o da areia faz com que surjam correntes de convecção e isso leva a uma menor temperatura durante as madrugadas. 02. (Pucsp 2015) Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve testar o funcionamento de seu recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a 20 C. Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por 40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kWh é igual a R$ 0,28, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento. a) 0,50 b) 0,40 c) 0,30 d) 0,20 e) 0,10 Resposta: item D. Comentário: Vamos coletar alguns dados que foram fornecidos na questão: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 48 77 6 1cal 4,2 J c 1,0 cal g C L 540 cal g d 1kg L 1kWh 3,6 10 J Para ser possível calcular o custo da energia, primeiramente temos que saber quanto de energia foi utilizada. Como é dito para desconsiderar as perdas, a energia utilizada é igual ao calor que aqueceu a água e posteriormente a vaporizou. Assim, t 1 2 t t t t t t Q Q Q Q m c T m L Q 1000 1 100 20 1000 540 Q 80000 540000 Q 620 kcal ou Q 4,2 620 kJ Q 2604 kJ ȟ Para calcular o consumo de energia no caso em questão, basta fazer uma pequena regrinha de três: Como 61kWh 3,6 10 J , Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 49 77 6 6 6 6 1kWh 3,6 10 J x 2,604 10 J 2,604 10 x 3,6 10 x 0,72 kWh Assim, Custo 0,28 0,72 Custo R$ 0,20 03. (Pucrj 2015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 C a 70 C. O calor específico deste metal, em cal / g C, vale: a) 10,6 b) 23,5 c) 0,094 d) 0,047 e) 0,067 Resposta: item C. Comentário: Questão simples, basta aplicar a fórmula do calor sensível. Q m c Tȟ Isolando o calor específico: Q c m Tȟ Substituindo os dados: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 50 77 470 cal cal c 0,094 100 g 70 C 20 C g C 04. (Pucrj 2015) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 25 C e 0,15 L de água a 15 C. Desprezando trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em °C, é: a) 15 b) 19 c) 21 d) 25 e) 40 Resposta: item B. Comentário: O equilíbrio térmico para um sistema isolado é dado pela somatória dos calores sendo igual a zero, pois o calor é trocado entre os dois volumes de água no sentido da maior para a menor temperatura. Usando a ideia de equilíbrio térmico, sabendo que os calores envolvidos são apenas calores sensíveis, pois não há mudança de estado físico, não precisamos nospreocupar com calores latentes. Considerando que a densidade nas amostras de água são as mesmas, podemos representar a massa de cada uma como sendo o seu volume. 1 2 1 2 1 1 2 2 Q Q 0 Q Q m c T m c T 0,10 T 25 0,15 T 15 0,10 T 2,5 0,15T 2,25 0,25T 4,75 T 19 C ȟ ȟ Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 51 77 05. (Unesp 2015) A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto. INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos 4,2 g Proteínas 3 g Gorduras totais 7,3 g Gorduras saturadas 1,5 g Gordura trans 0 g Fibra alimentar 1g Sódio 45 g www.brcaju.com.br Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 52 77 a) 10000. b) 5000. c) 12500. d) 7500. e) 2500. Resposta: item D. Comentário: Questão que se parece muito com a ideia do ENEM, muito bem contextualizada com a vida prática. Primeiramente, veja que a cada 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E 10 90 900 kcal E 900.000 cal. Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos: Q m c 0,6 E m c 0,6 E 0,6 900.000 m c 1 87 15 m 7.500 g. ȟɅ ȟɅ ȟɅ 06. (Pucrj 2015) Podemos estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma massa de 5,0 g de pele. Considere Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 53 77 que o calor específico da pele é igual ao da água: c 1,0 cal / (g C). Considere o calor latente de vaporização da água como vL 1000 / 3 333 cal / g. Calcule o aumento de temperatura da pele devido à absorção do calor, em C. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) 333 Resposta: item C. Comentário: A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele. latente sensívelQ Q v v pm L m c Tȟ v v p 1000 0,6 g cal / gm L 3T 40 C m c 5 g 1 cal / g C ȟ TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 54 77 ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra. 07. (Unicamp 2015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de iT 2.700 C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa 24M 6,0 10 kg constituída de um material com calor específico c 0,5 kJ / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de fT 700 C é igual a a) 2724,0 10 kJ. b) 276,0 10 kJ. c) 278,1 10 kJ. d) 272,1 10 kJ. Resposta: item B. Comentário: Mais uma simples meu povo, pura aplicação de fórmula: 24 27Q M c 6 10 0,5 700 2.700 Q 6 10 kJ.ȟɅ 08. (Fuvest 2013) Em um recipiente termicamente isolado e mantido a pressão constante, são colocados 138 g de etanol líquido. A seguir, o etanol é aquecido e sua temperatura T é medida como função da quantidade de calor Q a ele transferida. A partir do gráfico de TxQ, apresentado na figura abaixo, pode-se determinar o calor específico molar para o estado líquido e o calor latente molar de vaporização do etanol como sendo, respectivamente, próximos de Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 55 77 Dados: Fórmula do etanol = C2H5OH; Massas molares = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol). a) 0,12 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. b) 0,12 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. c) 0,21 kJ/(mol°C) e 36 kJ/mol. d) 0,21 kJ/(mol°C) e 48 kJ/mol. e) 0,35 kJ/(mol°C) e 110 kJ/mol. Resposta: item A. Comentário: Mais uma questão muito bem interdisciplinar, envolvendo assuntos de Química e de Física. Vejamos inicialmente o que devemos saber da química para resolver essa questão: Fórmula do etanol = C2H5OH; Massas molares = C(12g/mol), H(1g/mol), O(16g/mol); m = 138 g Calculando a massa molar do etanol: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 56 77 M = 2(12) + 5(1) + 16 + 1 = 46 g. O número de mols contido nessa amostra é: m 148 n n 3. M 36 Analisando o gráfico, notamos que durante o aquecimento a energia absorvida na forma de calor sensível (QS) e a correspondente variação de temperatura () são, respectivamente: SQ 35 kcal; 78 ( 18) 96 C. Aplicando a equação do calor sensível na forma molar, ou seja por mol: S L L L Q n c Q 35 c n 3 96 c 0,12 kJ / mol C. Ainda do gráfico, a quantidade de calor absorvida durante a vaporização (QV) é: V Q 145 35 110 kJ. Aplicando a equação do calor latente, também na forma molar: V V v V V Q n L Q 110 L n 3 L 36,7 kJ / mol. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 57 77 09. (Unesp 2013) Por que o deserto do Atacama é tão seco? A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas eletromagnéticasvindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos. (Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.) Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS ______________ e a escassez de nuvens na região do Atacama ______________. As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por a) favorece a convecção – favorece a irradiação de calor b) favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor c) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor d) permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa e) dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor Resposta: item C. Comentário: Como o ASPS funciona como “tampa”, ele dificulta a convecção e a não formação de nuvens facilita a irradiação. Funciona como se fosse uma estufa. 10. (Unesp 2012) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 58 77 a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível. Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre a) 75,0 e 85,0. b) 65,0 e 74,9. c) 55,0 e 64,9. d) 45,0 e 54,9. e) 35,0 e 44,9. Resposta: item C. Comentário: VCafé = 50 mL; VLeita = 100 mL; VAdoçante = 2 mL; cCafé = 1 cal/gºC; Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 59 77 cLeita = 0,9 cal/gºC; cAdoçante = 2 cal/gºC. Considerando o sistema termicamente isolado, vem: Café Leite Adoçante Café Leite Adoçante Q Q Q 0 mc mc mc 0 Como as densidades ( ) dos três líquidos são iguais, e a massa é o produto da densidade pelo volume (m = V), temos: Café Leite Adoçante Vc Vc Vc 0 50 1 80 100 0,9 50 2 2 20 0 50 4.000 90 4.500 4 80 0 8.580 144 8.580 144 59,6 C. Portanto, a temperatura de equilíbrio está sempre 55 °C e 64,9 °C. 11. (Uema 2015) [...] Ainda existem discordâncias sobre o local ideal para mensurar a temperatura corporal. Pode ser axilar, bucal, timpânico, esofágico, nasofaringeano, vesical e retal. Os locais habitualmente mensurados são - Axilar: temperatura normal encontra-se entre 35,5 a 37,0 C, com média de 36,0 a 36,5 C. - Bucal: temperatura normal encontra-se entre 36,0 a 37,4 C. - Retal: temperatura normal encontra-se entre 36,0 a 37,5 C. Fonte: Disponível em: <http://fisiologia.med.up.pt/Textos_Apoio/outros/ Termorreg.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2014. (adaptado) Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 60 77 Transformando esses valores para escala Kelvin, a temperatura normal, na região bucal, encontra-se entre: a) 308,0 a 311,5 b) 308,5 a 310,0 c) 309,0 a 310,4 d) 309,0 a 310,5 e) 310,2 a 310,4 Resposta: item C. Comentário: Vamos ver como a banca da UEMA se comporta diante de um problema de termologia com essa questão oriunda da prova de 2015, daquele vestibular. [C] Para achar a temperatura na escala Kelvin KT a partir da escala Celsius CT basta adicionar o valor de 273 a estes valores, de acordo com a fórmula vista na parte teórica. K CT T 273 Para 36,0 C : KT 36,0 273 309,0 K Para 37,4 C : Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 61 77 KT 37,4 273 310,4 K Portanto, a alternativa correta é o item C. Veja que foi uma questão extremamente simples e que você não pode perder no dia de sua prova. 12. (Uema 2015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor elétrico para colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que essa massa estava a 20 C e que levou 5 min para ferver a 100 C. Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o calor específico igual a 1cal / g C, calcule o tempo total programado pelo técnico para o desligamento do temporizador do aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação. Resposta: Comentário: Veja que estamos diante de uma questão discursiva, que tende a ser mais difícil que as demais, vejamos. Como a massa da água não foi fornecida no problema, vamos deixar a quantidade de calor em função da massa. Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor sensível utilizada para aquecer a água de 20 C até 100 C é: Q m c T Q m 1 80 Q 80 m J ȟ Ou seja, o aquecedor forneceu à água 80 m J de calor em 5 minutos. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 62 77 Como este processo durou 5 minutos para ser realizado, então pode-se concluir que a cada minuto o aquecedor fornece 80 m J 5 = 16mJ a cada minuto. Com base nessa ideia, para a vaporização, a energia necessária para transformar em vapor 80% da massa de água existente no sistema, vamos utilizar a fórmula do calor latente: L v L L Q m L Q 0,8 m 540 Q 432 m J Agora vamos aplicar uma proporção simples: 1min 16 m J x min 432 m J 432 m x 16 m x 27 min Assim, o tempo total para o procedimento será o tempo que leva para o aquecimento inicial da água mais o tempo que leva para vaporizar 80% dela. total total t 5 27 t 32 minutos 13. (EEAR – 2016) A capacidade térmica de um corpo constituído de uma certa substância A não depende a) de sua massa. b) de seu volume. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 63 77 c) do calor específico de A. d) de sua massa e do calor específico de A. Resposta: item B. Comentário: A definição de capacidade térmica implica em se definir o calor específico da substância e sua quantidade em massa, não há referência ao volume. 14. (EEAR – 2016) A quantidade de calor que é preciso fornecer ao corpo para que haja mudança em sua temperatura, denomina-se calor a) sensível. b) estável. c) latente. d) interno. Resposta: item A. Comentário: Calor sensível é a quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo para variar a sua temperatura, conforme visto na parte teórica. 15. (EEAR – 2016) Muitas pessoas costumam ir à praia para o consagrado “banho de Sol”.Dessa forma, pode-se dizer que tais pessoas “recebem” calor, principalmente, através do processo de Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 64 77 a) condução b) irradiação c) convecção d) evaporação Resposta: item B. Comentário: O processo de aquecimento através do uso da energia solar ocorre, principalmente, por irradiação. Os outros processos envolvem transporte de matéria ou há a necessidade da existência desta para ocorrerem. A irradiação é o único processo de propagação de calor que pode ocorrer no vácuo. 16. (EEAR – 2016) Um técnico de laboratório está traduzindo um procedimento experimental. No original em inglês, está escrito que uma determinada substância possui o ponto de ebulição a 172,4 ºF. Este valor corresponde a ..... ºC. a) 15,6 b) 28,1 c) 78,0 d) 140,4 Resposta: item C. Comentário: Temos que transformar o valor para a escala Fahrenheit, de acordo com a fórmula trabalhada na parte teórica da aula. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 65 77 C F C C ºC T T 32 5 9 T 172,4 32 5 9 T 142,4 5 9 T 15,8 x5 78ºC 17. (EEAR – 2016) Das alternativas a seguir, aquela que explica corretamente as brisas marítimas é: a) o calor específico da água é maior que o da terra. b) o ar é mais rarefeito nas regiões litorâneas facilitando a convecção. c) o movimento da Terra produz uma força que move o ar nas regiões litorâneas. d) há grande diferença entre os valores da aceleração da gravidade no solo e na superfície do mar. Resposta: item A. Comentário: As correntes marítimas foram vistas em nossa aula quando verificamos o processo de propagação de calor chamado de convecção, ou seja, através das correntes de convecção, temos a formação das brisas litorâneas. Isso se dá por conta do aquecimento da areia e das águas, que ocorre de forma desigual, inclusive por conta dos calores específicos da água e da areia. 18. (EEAR – 2016) As trocas de energia térmica envolvem processos de transferências de calor. Das alternativas a seguir, assinale a única que não se trata de um processo de transferência de calor. a) ebulição. b) radiação. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 66 77 c) condução. d) convecção. Resposta: item A. Comentário: A ebulição é, na verdade um processo de mudança de fase que ocorre nas substâncias que recebem calor e mudam do estado de agregação líquido para o vapor. 19. (EEAR – 2016) Os satélites artificiais, em geral, utilizam a energia solar para recarregar suas baterias. Porém, a energia solar também produz aquecimento no satélite. Assinale a alternativa que completa corretamente a frase: “Considerando um satélite em órbita, acima da atmosfera, o Sol aquece este satélite por meio do processo de transmissão de calor chamado de ______________.” a) condução b) irradiação c) convecção d) evaporação Resposta: item B. Comentário: Mais uma questão que versa sobre o tema de processos de propagação do calor. Trata-se de uma questão que já foi cobrada anteriormente em outro concurso da EEAR. Portanto, fique ligado, pois é um tema que a baca da EEAR gosta. Lembre-se de que o processo de propagação para o aquecimento da Terra é o da irradiação, que é o único por meio do qual o calor pode se propagar através do vácuo. 20. (Eear 2017) Em uma panela foi adicionada uma massa de água de 200 g à Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 67 77 temperatura de 25 C. Para transformar essa massa de água totalmente em vapor a 100 C, qual deve ser a quantidade total de calor fornecida, em calorias? (Considere calor específico da água c 1cal g C). a) 1.500 b) 20.000 c) 100.000 d) 123.000 Resposta: nula. Comentário: ANULADA Questão anulada no gabarito oficial. A questão foi anulada, pois não forneceu o valor do calor latente de vaporização da água. Caso a questão fornecesse este dado, a resposta correta seria [D]. L 540 cal g Q m c m L Q 200 1 75 200 540 Q 123.000 cal ȟɅ 21. (Eear 2017) Um buffet foi contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10 C. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25 C, determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0 C, necessário para obter água à temperatura de 10 C. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado. Dados: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 68 77 - densidade da água 31g cm ; - calor específico da água 1cal g C; - calor de fusão do gelo 80 cal g C; e - calor específico do gelo 0,5 cal g C a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 Resposta: item D. Comentário: a a e i água g gelo g a e i gelo que virou água g g g g g g [m c ( )] [m L] [m c ( )] 0 30.000 1 (10 25) m 80 m 1 (10 0) 0 450.000 90 m 0 450.000 m m 5.000 g m 5,0 kg 90 Ʌ Ʌ Ʌ Ʌ 22. (Eear 2017) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 C. Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será: Dados: calor de fusão do gelo 80 cal g C a) 40 b) 400 c) 4.000 d) 40.000 Resposta: item D. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 69 77 Comentário: Q m L Q 500 80 Q 40.000 cal 23. (Eear 2016) Considere um cubo de gelo de massa 1kg que se encontra à temperatura de 2 C. Colocado ao sol, recebe 14 J de calor a cada segundo. Dados o calor específico do gelo igual a 0,5 cal g C e 1cal igual a 4,2 J. Quantos minutos, aproximadamente, o gelo deverá ficar ao sol para começar a se fundir? a) 0,005 b) 0,5 c) 5 d) 50 Resposta: item C. Comentário: P 14 J / s P 14 W Q Q m c P t t t P P 1.000 0,5 4,2 (0 ( 2)) 1.000 0,5 4,2 (0 2) t t P 14 1.000 0,5 4,2 2 t t 321,4 s t 5,4 min t 5 min 14 ȟɅȟ ȟȟȟ ȟȟ ȟ ȟ ȟ 24. (EAM – MARNHEIRO – 2017) A termologia é a parte da física que estuda os fenômenos ligados à energia térmica. Dentre os conceitos relacionados aos fenômenos térmicos, marque a opção INCORRETA: a) Temperatura é a grandeza que mede o estado de agitação das moléculas de um Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 70 77 corpo. b) Calor é a sensação que se tem quando o dia está muito quente. c) Fusão é a passagem do estado sólido para o estado líquido. d) Convecção é a principal forma de transmissão do calor através dos fluídos (líquidos e gases). e) Transformação isométrica é aquela que ocorre sem alteraçãodo volume ocupado pelo gás. Resposta: item B. Comentário: Item A: correto, pois é esse o conceito de temperatura, ou seja, mede o grau de agitação das moléculas de um corpo. Quanto mais agitado estão as moléculas de um corpo, mais temperatura ele tem. Item B: incorreto. Calor é a energia térmica em trânsito e não se deve confundir com as sensações de quente e frio. Item C: correto. Exatamente isso, ocorre fusão quando um corpo passa do sólido para o líquido. Item D: correto. A convecção ocorre através de correntes de convecção que estão presentes nos fluidos (gases e líquidos). Item E: correto. Isométrica é sinônimo de isovolumétrica ou isocórica. Transformação gasosa a volume constante. 25. (EAM – MARNHEIRO – 2017) Quantas calorias são necessárias para aquecer 500g de certa substância de 20°C a 70°C? Dado: c = 0,24cal/g°C Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 71 77 a) 3000 calorias. b) 4000 calorias. c) 5000 calorias. d) 6000 calorias. e) 7000 calorias. Resposta: item D. Comentário: Essa é simples, basta aplicar diretamente na fórmula da quantidade de calor sensível. Q m c Q 500 0,24 70 20 Q 120 50 6.000cal ȟɅ 26. (EAM – MARNHEIRO – 2016) Uma cidade localizada na Serra Catarinense a uma altitude de 1.450m acima do nível do mar, durante um determinado ano, registrou - 8,9°C, a mais baixa temperatura do inverno. Essa temperatura caso tivesse sido registrada na escala Fahrenheit, seria de aproximadamente a) 2°F b) 8°F c) 16°F d) 22°F e) 38°F Resposta: item C. Comentário: Aqui basta aplicar na fórmula da transformação de °F para °C: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 72 77 C F F F F T T 32 5 9 T 328,9 5 9 5T 160 8,01 T 30,0 F 27. (EAM – MARNHEIRO – 2016) A termologia é a parte da Física que estuda os fenômenos determinados por energia térmica, que é a forma de energia relacionada á agitação das partículas de um corpo. Com relação á termologia, analise as afirmativas abaixo. I - Quanto maior a energia cinética média das partículas, menor a temperatura do corpo. II - Para que haja transferência de calor entre dois corpos, eles devem estar a temperaturas diferentes. III - Quanto maior o calor específico de um material, menor a quantidade de calor necessária para o material ser aquecido até determinada temperatura. IV - No Sistema Internacional de Unidades, a quantidade de calor transferida de um corpo para outro é medida em joules. Assinale a opção correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras. c) Apenas as afirmativas I e III são verdadeiras. d) Apenas as afirmativas II e IV são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 73 77 Resposta: item D. Comentário: Item I: incorreto. Nesse caso está errado pois o grau de agitação das moléculas é diretamente proporcional à temperatura. Item II: correto, pois ao calor é a energia térmica em trânsito, ou seja, devemos ter temperaturas diferentes para que tenhamos fluxo de calor através dos corpos. Item III: incorreto. É justamente o contrário, pois o calor específico é a quantidade de calor necessária para aquecer um grama de uma substância, se essa quantidade é alta, então precisaremos de mais calor. Item IV: correto. Perfeito, apesar de a quantidade de calor ser dada em calorias, usualmente, a unidade SI é o Joule (J). 28. (EAM – MARNHEIRO – 2015) Analise as afirmativas abaixo referentes aos conceitos de temperatura e calor. I- Calor é a medida de agitação molecular. II- Calor é uma forma de energia. III- Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando estão mesma temperatura. Assinale a opção correta. a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas a afirmativa III é verdadeira. c) Apenas a afirmativa II é verdadeira. d) Apenas as afirmativas II e III são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I e III são verdadeiras. Resposta: item D. Comentário: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 74 77 Item I: incorreto. Veja que esse tipo de prova gosta muito do conceito de temperatura e da diferença com o calor. Temperatura é que mede o grau de agitação molecular. Item II: correto. Calor é energia térmica em trânsito, portanto, é uma forma de energia. Item III: correto. Esse é o conceito de equilíbrio térmico, atingir a mesma temperatura. 29. (EAM – MARNHEIRO – 2015) Com relação aos três processos de propagação de calor: condução, convecção e irradiação, assinale a opção correta. a) O processo de condução ocorre apenas nos líquidos e gases. b) O processo de convecção ocorre apenas nos sólidos c) A propagação de calor por irradiação é o único dos três processos que pode ocorrer no ar atmosférico. d) No processo de convecção ocorre o movimento das moléculas, formando correntes de convecção, e) O calor do Sol propaga-se no espaço pelo processo de condução até atingir a atmosfera terrestre e ser absorvido pelos corpos. Resposta: item D. Comentário: Item A: incorreto, pois a condução ocorre principalmente nos sólidos. Item B: incorreto, pois a convecção ocorre principalmente nos líquidos e nos gases (fluidos). Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 75 77 Item C: incorreto, pois no ar atmosférico ocorre muito o processo de convecção. Item D: correto, pois esse é o conceito geral de convecção, ou seja, são correntes de convecção que são geradas pela movimentação do fluido. Item E: incorreto, a propagação do calor do sol para a Terra ocorre pelo processo da irradiação que é o único que ocorre por meio do vácuo. 30. (EAM – MARNHEIRO – 2014) O calor e uma forma de energia que ocorre devido a uma diferença de temperatura. Assinale a opção que apresenta a forma de propagação de calor que se caracteriza por ocorrer apenas nos fluidos. a) Convecção. b) Irradiação. c) Condução. d) Equilíbrio Térmico. e) Eletrização. Resposta: item A. Comentário: O único processo que só pode ocorrer nos fluidos é o da convecção, por meio dele correntes de convecção são geradas e propagam o calor por meio do ambiente. 31. (EAM – MARNHEIRO – 2012) O local onde se renne o sistema de propulsão de um navio é chamado de praça de máquinas. A caldeira é um dos equipamentos mais comuns nas embarcações como os porta-aviões. Um operador desse tipo de sistema aferiu a temperatura de uma caldeira em 842° F. Qual o valor dessa temperatura na escala Celsius? a) 300°C b) 350°C c) 400°C d) 450°C e) 500°C Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 76 77 Resposta: item D. Comentário: Aqui basta aplicar a fórmula novamente da transformação entre as duas escalas envolvidas. C F C C T T 32 5 9 T 842 32 5 9 T 450 C 32. (EAM – MARNHEIRO – 2011) O corpo humano pode ser comparado com um sistematermodinâmico que retira calor de uma fonte (os alimentos) e realiza trabalho usando parte dessa energia. A Organização Mundial de Saúde recomenda que todo ser humano, para se manter saudável, deve ingerir cerca de 2000 calorias alimentícias diariamente. Considerando que essa energia consumida diariamente pudesse ser usada para aquecer toda a água existente no corpo de uma pessoa de 60 kg de massa, qual seria a variação de temperatura sofrida pela água? Dados: 1 caloria alimentícia = 1.000 cal Densidade da água = 1 kg/ litro Calor específico da água = 1 cal/ g°C Quantidade de água no ser humano = 2/3 da sua massa. a) 20°C b) 30°C c) 40°C d) 50°C e) 60°C Resposta: item D. Comentário: Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac 77 77 Primeiramente vamos calcular a massa de água a ser aquecida, que será 2/3 da massa total do ser humano, ou seja, 2/3 x 60 = 40kg. Para encontrar o valor da variação de temperatura basta utilizar a fórmula do calor sensível. Q m.c. 2.000 1.000 40.000.1. 50 C ȟɅ ȟɅȟɅ GABARITO 01. B 02. D 03. C 04. B 05. D 06. C 07. B 08. A 09. C 10. C 11. C 12. 32 min 13. B 14. A 15. B 16. C 17. A 18. A 19. B 20. nula 21. D 22. D 23. C 24. B 25. D 26. C 27. D 28. D 29. D 30. A 31. D 32. D Vinicius Silva Aula 04 Física p/ Escolas de Aprendizes Marinheiros 2019 - Com videoaulas - Pós-Edital www.estrategiaconcursos.com.br 1195848 17413785757 - isac