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Física QUESTÕES GLOBALIZANTES 101 7. DESCOBRINDO A RÁDIO Quando Heinrich Hertz iniciou o seu trabalho ex- perimental na Universidade de Bona já conhecia o pensamento pioneiro do cientista britânico James Clerk Maxwell. Em 1887 tudo mudou. Hertz construiu um osci- lador feito a partir de esferas metálicas polidas, cada uma ligada a uma bobina de indução. Estas esferas eram separadas ligeiramente e quando Hertz aplicava uma corrente elétrica às bobinas, as faíscas saltavam no intervalo entre as esfe- ras. Era uma demonstração interessante, mas nada de particularmente novo para a altura. No entanto, Hertz pensou que se as previsões de Maxwell estavam corretas, então cada faísca emitia ondas eletromagnéticas que deviam irradiar pelo laboratório. Para testar o seu pensamento, Hertz construiu um pequeno recetor que consistia num fio metálico no fim do qual se encontravam mais duas pequenas esferas, de novo ligeiramente separadas. Este recetor foi colocado a vários metros do oscilador. Com esta montagem, ocorreu a primeira transmissão e receção de ondas eletromagnéti- cas em laboratório. E = m c 2 – As grandes ideias que moldaram o nosso mundo, Pete Morre, FUBU Editores, 2005 (texto adaptado) 7.1. Explique qual foi o pensamento pioneiro de James Maxwell a que se refere o texto. 7.2. Refira por que razão a experiência de Hertz pode ser considerada uma “das grandes ideias que moldaram o nosso mundo”. 7.3. O microfone e o altifalante são dois dispositivos elétricos que funcionam com base na indu- ção eletromagnética. 7.3.1. Os esquemas (A e B) da figura mostram duas cargas elétricas pontuais dispostas de dois modos diferentes. As cargas têm igual módulo. A distância d é a mesma nos dois esquemas. 7.3.1.1. Refira a direção e o sentido do campo elétrico no ponto X do esquema A. 7.3.1.2. Compare a intensidade do campo elétrico no ponto X e no ponto Y. Fundamente a sua resposta. -q X +q d d Esquema A -q Y +q d d Esquema B Representação de duas cargas elétricas. Adaptada de http://www.sparkmuseum.com. A bobina de indução cria alta voltagem. As faíscas produzem ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas criam corrente elétrica no recetor e dão origem a faíscas entre as esferas. Resolução por etapas em: exame.leyaeducacao.com/fisica_quimicaA11_asa
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Física
QUESTÕES GLOBALIZANTES
101
7. DESCOBRINDO A RÁDIO
Quando Heinrich Hertz iniciou o seu trabalho ex-perimental na Universidade de Bona já conheciao pensamento pioneiro do cientista britânicoJames Clerk Maxwell.
Em 1887 tudo mudou. Hertz construiu um osci-lador feito a partir de esferas metálicas polidas,cada uma ligada a uma bobina de indução. Estasesferas eram separadas ligeiramente e quandoHertz aplicava uma corrente elétrica às bobinas,as faíscas saltavam no intervalo entre as esfe-ras. Era uma demonstração interessante, masnada de particularmente novo para a altura.
No entanto, Hertz pensou que se as previsões de Maxwell estavam corretas, então cadafaísca emitia ondas eletromagnéticas que deviam irradiar pelo laboratório.
Para testar o seu pensamento, Hertz construiu um pequeno recetor que consistia num fiometálico no fim do qual se encontravam mais duas pequenas esferas, de novo ligeiramenteseparadas. Este recetor foi colocado a vários metros do oscilador.
Com esta montagem, ocorreu a primeira transmissão e receção de ondas eletromagnéti-cas em laboratório.
E = m c2 – As grandes ideias que moldaram o nosso mundo,
Pete Morre, FUBU Editores, 2005 (texto adaptado)
7.1. Explique qual foi o pensamento pioneiro de James Maxwell a que se refere o texto.
7.2. Refira por que razão a experiência de Hertz pode ser considerada uma “das grandes ideiasque moldaram o nosso mundo”.
7.3. O microfone e o altifalante são dois dispositivos elétricos que funcionam com base na indu -ção eletromagnética.
7.3.1. Os esquemas (A e B) da figura mostram duas cargas elétricas pontuais dispostas de doismodos diferentes. As cargas têm igual módulo.
A distância d é a mesma nos dois esquemas.
7.3.1.1. Refira a direção e o sentido do campo elétrico no ponto X do esquema A.
7.3.1.2. Compare a intensidade do campo elétrico no ponto X e no ponto Y.
Fundamente a sua resposta.
-qX
+q
d d
Esquema A
-qY
+q
d d
Esquema B
Representação de duas cargas elétricas.
Adaptada de http://www.sparkmuseum.com.
A bobina de indução criaalta voltagem.
As faíscas produzemondas eletromagnéticas.
As ondas eletromagnéticascriam corrente elétrica norecetor e dão origem afaíscas entre as esferas.
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7.3.1.3. As linhas de campo são um modelo de representar o campo.
Nas figuras seguintes estão representadas imagens do campo criado por duas car-gas simétricas e por duas cargas do mesmo sinal e igual módulo.
Identifique, justificando, qual das figuras, a da esquerda ou da direita, poderá cor-responder ao campo criado pelas duas cargas simétricas.
7.3.2. O campo magnético pode ser gerado por ímanes e por cargas elétricas em movimento.
7.3.2.1. Observe os esquemas, A, B e C, da figura.
Selecione o único esquema, A, B ou C, em que as linhas de campo estão correta-mente orientadas.
7.3.2.2. Selecione a única opção que contém os termos que completam sequencialmentea frase que se segue.
Num dado ponto do campo magnético, o vetor campo magnético tem direção_____________ às linhas de campo e ________________ linhas de campo. A inten-sidade do campo exprime-se em ___________________.
(A) … perpendicular… sentido contrário às… tesla
(B) … perpendicular… sentido contrário às… volt metro menos um
(C) … tangente… o mesmo sentido das… volt metro menos um
(D) … tangente… o mesmo sentido das… tesla
7.3.3. Faraday deu um contributo fundamental para o desenvolvi-mento tecnológico do microfone e do altifalante.
7.3.3.1. Identifique o principal contributo de Faraday para o de-senvolvimento tecnológico desses dispositivos.
7.3.3.2. Preveja o que acontecerá ao ponteiro do microamperí-metro da figura quando o íman se move nos sentidosindicados. Fundamente a sua resposta.
7.3.3.3. O gráfico mostra como variou o valor docampo magnético no tempo, junto auma bobina circular de raio 5,0 cm, com100 espiras.
Determine o módulo da força eletromo-triz induzida na bobina nos intervalos detempo [0 ; 2[ s e ]2 ; 6[ s.
Linhas de campo.
B
I
N
SNS
(A) (B) (C)
AExperiência de Faraday.
B/mT
2
0 2 4 6 t/s
Gráfico campo magnético-tempo.
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Química
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7. DOS HIDROCARBONETOS AOS COMBUSTÍVEIS
7.1. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase:
De acordo com o texto, a energia aproveitada na queima de gasolina de 95 octanas…
(A) … é maior do que a aproveitada na queima da de 98 octanas.
(B) … é menor do que a aproveitada na queima da de 98 octanas.
(C) … é igual à que se aproveita na queima da de 98 octanas.
(D) … não é comparável com a energia aproveitada na queima de gasolina de 98 octanas.
7.2. O gás combustível liquefeito (GPL) é uma mistura de moléculas de butano e de propano.
7.2.1. Escreva a fórmula de estrutura do butano e do propano.
7.2.2. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase:
Nas condições PTN, em 12,2 dm3 de butano, há…
(A) 10 * 6,02 * 1023 átomos de H.
(B) 0,05 * 6,02 * 1023 átomos de H.
(C) 0,5 * 6,02 * 1023 átomos de H.
(D) 5 * 6,02 * 1023 átomos de H.
7.2.3. Na tabela seguinte encontram-se as energias de dissociação das ligações C – C e C – H.
Demonstre que a energia posta em jogo na dissociação das ligações de uma mole de butanoé maior do que na dissociação das ligações de igual quantidade de propano.
As refinarias de todo o mundo processam cercade 3 biliões de toneladas de petróleo bruto porano, que é transformado numa grande gama deprodutos.
Algumas das frações mais leves que se obtémsão hidrocarbonetos, constituídos por três ouquatro átomos de carbono por molécula, queconstituem o gás combustível liquefeito (GPL).Este é uma mistura de moléculas de butano e depropano que, depois de ser engarrafado, pode servendido.
Por outro lado, as grandes moléculas provenientes da destilação do petróleo podem serdecompostas em moléculas mais pequenas e valiosas. Por exemplo, a qualidade da gaso-lina produzida é melhorada por um processo conhecido por reformação. No processo dereformação, hidrocarbonetos lineares como, por exemplo, o heptano, são convertidos emmoléculas de hidrocarbonetos alifáticos que ardem mais suavemente, causando menos“detonações” nos motores dos automóveis. Diz-se que uma gasolina com elevado teor des-sas moléculas de hidrocarbonetos alifáticos tem muitas octanas. A gasolina com maisocta nas queima de forma mais eficiente no motor, resultando numa maior potência. Assim,a gasolina de 95 octanas e a gasolina de 98 octanas diferem na eficiência de obtenção deenergia.
Energias de dissociação.
Ligação C – C C – H
Energia de dissociação/kJ mol-1 346 413
Refinaria de petróleo.
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Química
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7.2.4. A reação do butano com o oxigénio é traduzida pela equação:
2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) " 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)
Colocaram-se num sistema reacional 150,0 g de butano e 12,5 mol de oxigénio, obtendo-se,nas condições PTN, 100,0 dm3 de CO2.
Determine o rendimento da reação.
Apresente todas as etapas de resolução.
7.3. A mistura de gases expelida pelo tubo de escape dos automóveis contém dióxido de carbonoe monóxido de carbono, que é um gás muito tóxico.
Na presença de oxigénio, estabelece-se o seguinte equilíbrio:
CO2 (g) "@ CO (g) + O2 (g) Kc (500 °C) = 4 * 10-6
Suponha que, na mistura expelida pelo tubo de escape de um automóvel, as concentraçõesde dióxido de carbono e de monóxido de carbono são, respetivamente, 10-4 mol dm-3 e 10-5 mol dm-3 e que temperatura da mistura é de 500 °C. A concentração média de oxigéniono ar é 10-2 mol dm-3.
7.3.1. Represente a molécula de dióxido de carbono em notação de Lewis.
7.3.2. Selecione a alternativa que completa corretamente a frase:Nas condições referidas…
(A) … o sistema está em equilíbrio químico.
(B) … o sistema está a evoluir no sentido direto.
(C) … o sistema está a evoluir no sentido inverso.
(D) … não podemos prever em que sentido está a evoluir o sistema.
7.3.3. O dióxido de carbono pode reagir com o hidrogénio de acordo com a equação:
CO2 (g) + H2 (g) "@ CO (g) + H2O (g) a 298 K, ΔH = 41,4 kJ mol-1.
Classifique as afirmações seguintes em verdadeiras (V) e falsas (F).
(A) A reação é endoenergética.
(B) A adição de dióxido de carbono à reação faz aumentar a constante de equilíbrio.
(C) A adição de vapor de água ao sistema não faz deslocar o equilíbrio.
(D) A diminuição da pressão faz o sistema reacional evoluir no sentido direto.
(E) A diminuição do volume do reator faz o sistema evoluir no sentido direto.
(F) A 500 K, a constante de equilíbrio terá um valor superior que a 298 K.
(G) Removendo hidrogénio, o equilíbrio mantém-se inalterado.
(H) Para aumentar o rendimento da reação, pode diminuir-se a temperatura e retirar vaporde água.
7.4. O monóxido de nitrogénio pode também ser expelido pelo tubo de escape.
Num reator, de capacidade 2 L, colocaram-se 0,04 mol de monóxido de nitrogénio e 0,06 mol de oxigénio, tendo reagido de acordo com a equação:
2 NO (g) + O2 (g) "@ 2 NO2 (g).
Atingido o equilíbrio, verificou-se existir 0,0044 mol de NO2.Determine a constante de equilíbrio à temperatura a que decorreu a reação.Apresente todas as etapas de resolução.
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