1 Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exerccios 9

FSICA E QUMICA A - 10 ANO

Exerccios resolvidos e propostos Unidade 1 de Fsica: desde Mecanismos de transferncia de energia at ao final

Exerccios resolvidos

1. Uma bola de chumbo, de massa 15 g, choca com uma parede velocidade de 150 m/s, ficando nela

incrustada. Se 25% da energia cintica da bala for transferida para as vizinhanas sob a forma de calor e na

deformao da parede, calcula o aumento de temperatura da bala. (cchumbo=159 J kg-1 C-1)

Se 25% da energia dissipada porque 75% desta til, isto , energia transferida para a bala sob a forma

de calor. Ento, preciso calcular a energia cintica da bala.

m = 15 g = 0,015 kg

Q = 0,75 Ec = 0,75 169 = 127 J

Q = m c T 127 = 0,015 159 T T = 53,2 C

A bala sofre um aumento de 53,2 C.

2. Calcula a rea de um painel fotovoltaico necessrio para alimentar um computador que precisa de 500 W de

potncia para funcionar. Admite que a potncia da radiao solar que atinge o painel, por unidade de rea,

de 400 W e que o rendimento de 30%.

Dados:

Ptil = 500 W

= 30%

A = ?

A potncia por unidade de rea intensidade da radiao, logo I = 400 W m-2

Da radiao solar que atinge o painel, somente 30% utilizada para a produo de energia elctrica:

Itil = 0,30 400 = 120 W m-2

Ento, a rea de painel necessria ser:

3. A temperatura de 100 g de um lquido, cuja capacidade trmica mssica de 0,5 J g -1 C-1, sobe de para

30 C. Em quantos segundos ser realizado esse aquecimento com uma fonte que tem uma potncia de 50W?

Dados:

c = 0,5 J g-1 C-1

T = 30 (-10) = 40 C

P = 50 W

t = ?

Primeiro, preciso calcular a energia que transferida para a gua sob a forma de calor.

Q = m c T Q = 100 0,5 40 = 2000 J

O aquecimento realizado durante 40 s.

4. Uma pessoas est tapada por um cobertor cuja condutividade trmica 0,06 J s-1 m-1 C-1. A pele est a 37 C

e o ar a 10 C. Sabe-se, tambm, que a quantidade de calor que transferida, por cada metro quadrado de

rea do cobertor, durante 1,5 horas, 630 kcal. Qual a espessura do cobertor?

Dados:

k = 0,06 J s-1 m-1 C-1

2 Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exerccios 9

Q = 630 kcal = 630 1000 cal = 630 000 cal = 630 000 4,18 J = 2,63106 J

t = 1,5 h = 1,5 3600 s = 5400 s

A = 1m2

O cobertor ter uma espessura de 3,3, mm.

5. Supe que um bloco de gelo, de massa m, se encontra, inicialmente, temperatura de 0 C. Durante um certo

intervalo de tempo forneceu-se uma energia de 700 cal, atingindo-se a temperatura final de 60,4 C. Calcula

a massa m do bloco de gelo, considerando que:

so desprezveis todos os outros tipos de transferncia de energia entre o bloco e as suas vizinhanas;

Hfuso = 3,33105 J kg-1;

cgua = 4180 J kg-1 K-1

Dados:

Q = 700 cal = 700 4,18 J = 2,93103 J

T = 60,4 0 = 60,4 C

necessrio tem em considerao que as 700 cal foram utilizadas para duas etapas, primeiro fundir o gelo e

depois fazer com que a gua, agora lquida, ficasse a 60,4 C.

Energia necessria para fundir o gelo (E1):

E1 = m Hfuso E1 = m 3,33105 J

Energia necessria para aquecer a gua (E2):

Como h variao de temperatura, esta energia foi transferida sob a forma de calor.

E2 = Q E2 = m c T E2 = m 4180 60,4

A energia total (as 700 cal) ser:

E1 + E2 = 2,93103 m 3,33105 + m 4180 60,4 = 2,93103 -3 kg = 5,00 g

Exerccios propostos

6. Para cada uma das seguintes afirmaes, escolhe a hiptese que completa correctamente a frase.

6.1. A transferncia de energia sob a forma de calor ocorre sempre

A - no vazio.

B - entre dois slidos.

C - do corpo de menor temperatura para o corpo a maior temperatura.

D - do corpo de maior temperatura para o corpo a maior temperatura.

6.2. A transferncia de energia sob a forma de calor por conduo s possvel

A - nos slidos.

B - nos lquidos.

C - no vazio.

D - nos maior materiais.

6.3. Nos lquidos, a energia sob a forma de calor propaga-se por

A - conduo interna.

B - conveco.

C - conduo externa.

D - irradiao.

6.4. Quando se coloca a mo fora da janela de um automvel em andamento, aquela arrefece rapidamente.

Isto deve-se:

A - a estar mais frio fora do que dentro do automvel.

B - conveco que acelera as transferncias de calor.

C - irradiao que acelerada pelo movimento.

D - conduo de calor da mo para o ar.

3 Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exerccios 9

0

20

40

60

80

0 5 10 15 20 25

Q/c

al

T/C

7. Um bloco de ferro de 150 g de massa perde 700 J de energia sob a forma de calor. Sabendo que inicialmente

se encontrava a 45 C e que a capacidade trmica mssica do ferro 460 J kg -1 C-1, calcula a sua

temperatura final.

8. Um alfinete de prata, de massa 20 g, encontra-se a 160 C e colocado dentro de 28 g gua que se encontra,

inicialmente, a 30 C. Qual a temperatura final de equilbrio trmico, admitindo apenas trocas de calor entre

a prata e a gua? (Dados: cprata = 0,235 J g-1 C-1; cgua = 0,200 J g-1 C-1)

9. O grfico 1 relaciona a quantidade de energia absorvida sob a forma de

calor por um corpo de massa 20 g, em funo da temperatura a que se

encontra. Calcula a sua capacidade trmica mssica.

10. Um colector solar sofre um aquecimento devido radiao incidente com uma potncia de 800W por metro

quadrado. O rendimento das transferncias no interior do colector at gua de cerca de 20%. Que rea

dever ter o colector para aquecer 100 L de gua de 18 C at 29C, em 4 h? (dados: gua= 1,0 g/mL; cgua =

4,2 kJ kg-1 C-1)

11. O grfico 2 representa o calor absorvido por dois corpos slidos, M e N, com a mesma massa, em funo da

temperatura. A capacidade trmica mssica do corpo M em relao ao corpo N :

(A) 1,4

(B) 5,0

(C) 5,5

(D) 6,0

(E) 7,0

12. Para bater claras em castelo, usou-se uma batedeira, durante 8 min, tendo-se fornecido 7500 J de energia.

Ao fim de 8 min, a batedeira aqueceu, tendo sido transferidos 3250 J de energia sob a forma de calor.

Calcula a variao de energia interna das claras, em quilojoule.

13. Uma pessoa em repouso liberta calor a uma taxa aproximada de 200 W. Supe que seis pessoas ficam

presas num elevador durante 2,5 min. Calcula:

a) o calor total libertado pelas pessoas no elevador, nesse perodo de tempo;

b) o aumento de temperatura de 5,0 m3 de ar contido no elevador, se este absorvesse todo o calor

libertado pelas seis pessoas.

14. Ao trocar de roupa, uma pessoa fica nua durante 2 min num quarto que se encontra temperatura de 15 C.

A pele tem uma rea de 1,7 m2, emissividade igual a 0,8 e est temperatura de 37 C.

a) Calcula a potncia que irradiada pelo corpo, por unidade de rea, para o ar envolvente.

b) Calcula a potncia da radiao que a pele absorve da vizinhana, por unidade de rea.

c) Qual o balano da energia emitida/recebida pelo corpo, em kcal, durante o tempo indicado?

15. Misturaram-se 200 g de leite (que esto a 40 C) com 50 g de caf a 80 C. Verificou-se que a temperatura de

equilbrio trmico foi de 48 C. A razo entre a capacidade trmica do leite cL) e do caf (cC) :

(A) cL= 4 cC

(B) cL= 2 cC

(C) cL= cC/4

(D) cL= cC

(E) cL= cC/2

Grfico 1

110

550

0150300450600

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Q/c

al

T/C

N

M

Grfico 2

4 Cristina Vieira da Silva Sala de Estudo Exerccios 9

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

T/C

Q/kcal

3,2 16 17,6

16. O grfico representa a temperatura correspondente

mudana de estado de 200 g de uma substncia, em

funo do calor absorvido (Q). Escolhe a opo que traduz

as capacidades trmicas mssicas dessa substncia nas

fases slida e lquida, em cal g-1 C-1.

(A) 1,0 e 0,5

(B) 0,80 e 0,20

(C) 0,50 e 0,12

(D) 0,50 e 0,05

(E) 0,40 e 0,10

17. Sobre um sistema termodinmico incide radiao electromagntica, proveniente de um laser, razo de

800 mJ por segundo. Por outro lado, o sistema radia, para o exterior, em mdia, 200 mJ por segundo. Quanto

tempo necessrio decorrer para que a energia interna do sistema aumente de 6,0 J?

18. Supe que tens 2,0 kg de gua lquida a 100 C dentro de uma cafeteira elctrica fechada. Durante quanto

tempo necessrio manter a cafeteira elctrica ligada para que toda a massa de gua passe ao estado

gasoso, sabendo que a potncia da cafeteira de 1500 W? Considera desprezveis todos os outros tipos de

transferncia de energia entre a gua e as suas vizinhanas e que a entalpia de vaporizao da gua de

2,256105 J kg-1.

19. Colocam-se trs barras de materiais diferentes, cobre, ferro e vidro, em contacto com uma chama. A

extremidade oposta de cada uma das barras envolvida em cera, na qual se faz aderir um gro de milho. Ao

fim de um certo tempo, os gros caem. Qual a ordem por que vo cair?

Dados: kCu = 398 W m-1 K-1; kvidro = 0,8 W m-1 K-1; kFe = 80,3 W m-1 K-1

20. Como explicas que:

a) um nevo provoque um aumento da temperatura ambiente?

b) uma frico com lcool exera uma funo refrescante num doente com febre?

SOLUES

6.1) A

6.2) A

6.3.) B

6.4.) D

7) 34,9 C

8) 89,4 C

9) 418 J kg-1 C-1

10) 321 W

11) (E)

12) 4,25 kJ

13a) 1,8105 J

13b) 30 C

14a) 419 W m-2

14b) 351 W m-2

14c) 1,95 kcal

15) (D)

16) (B)

17) 10 s

18) 301 s

19) cobre, ferro e vidro