FÍSICA

Física térmica

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TermologiaMovimento browniano: é a evidência da existência da agitação térmica das moléculas de

um sistema. O movimento browniano foi descoberto pelo botânico Robert Brown, em 1827. Eleobservou, no microscópio, que grãos de pólen suspensos em água movimentavam-se continua-mente de modo caótico, no entanto, não soube explicar tal fenômeno. Somente em 1905 é que foidesenvolvida, por Albert Einstein a teoria do movimento browniano. Segundo essa teoria omovimento resulta do impacto entre as moléculas do fluido e as partículas suspensas.

• Temperatura: medida do nível de agitação térmica das partículas ou medida do nível deenergia térmica por partícula de um corpo ou sistema físico.

• Energia térmica é a soma das energias cinéticas das partículas de um corpo.

• Calor: energia térmica em trânsito devido à diferença de temperatura; flui espontaneamentedo sistema de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa.

Unidades: caloria (cal) , joule (J)

1 cal = 4,18 J

• Equilíbrio térmico: temperaturas iguais, isto é, mesmo nível de agitação térmica; não signifi-ca mesma energia térmica.

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• Zero absoluto: O físico irlandês William Thomson (lordeKelvin) propôs que a temperatura mais baixa que podeexistir corresponde a um estado térmico em que cessária aagitação térmica. A esse limite inferior de temperatura,inatingível na prática, damos o nome de zero absoluto (0K), que corresponde a temperatura de -273,15°C (aproxi-madamente -460°F).

0K= - 273°C= - 460°F

1) (FATEC-SP) Calor é:

a) Energia que aumenta um corpo quando ele se aquece.

b) Energia que sempre pode ser convertida integralmen-te em trabalho.

c) O agente físico responsável pelo aquecimento doscorpos.

d) Uma modalidade de energia em trânsito.

e) N. D. A.

2) (FATEC-SP) Calor é a energia que se transfere de um corpopara outro em determinada condição. Para essa transferên-cia de energia é necessário que entre os corpos exista:

a) Vácuo

b) Contato mecânico rígido

c) Ar ou gás qualquer

d) Uma diferença de temperatura.

e) N. D. A.

3) (CESCEA-SP) Escolha a opção que completa corretamen-te as lacunas do texto: “Por muito tempo, na história daFísica, considerou-se que o calor era uma propriedade en-tre os corpos, que a possuíam em uma quantidade finita.Este conceito errôneo desapareceu no final do século XVIII.

E hoje sabe-se que calor é uma forma de (1)__________eportanto, não tem sentido falar em (2)____________”.

a) (1) Energia em trânsito (2) calor contido nos corpos.b) (1) Temperatura (2) aquecimento dos corpos.c) (1) Pressão (2) energia interna dos corpos.d) (1) Força (2) trabalho realizado por um corpo.e) (1) Momento (2) energia cinética de um corpo.

4) (PUC-SP) Assinale a frase mais correta conceitualmente.

a) “Estou com calor”.

b) “Vou medir a febre dele”.

c) “O dia está quente estou recebendo muito calor”.

d) “O dia está frio; estou recebendo muito frio.”

e) As alternativas (c) e (d) estão corretas.

5) (FATEC-SP) Três corpos encostados entre si estão emequilíbrio térmico. Nessa situação:

a) Os três corpos apresentam-se no mesmo estado físico.

b) A temperatura dos três corpos é a mesma

c) O calor contido em cada um deles é o mesmo.

d) O corpo de maior massa tem mais calor que os outros dois.

6) Num termômetro digital europeu, lê-se 14o F. Esta tem-peratura corresponde a:

a) -10o C d) -7o Cb) -5o C e) 14o Cc) -2o C

7) A temperatura de um gás é de 127oC que, na escala ab-soluta, corresponde a:

a) 146 K d) 400 Kb) 200 K e) 450 Kc) 300 K

8) (MACK-SP) A indicação de uma temperatura na escalaFahrenheit excede em 2 unidades o dobro da correspon-dente indicação na escala Celsius. Essa temperatura é:

a) 300o C d) 100o Cb) 170o C e) 50o Cc) 150o C

9) (UE-CE) Uma estudante de enfermagem observa que a tem-peratura de um certo paciente variou, num período, de 5o C.A variação corresponde na escala Fahreheit será de:

a) 4o F d) 5,2°Fb) 9o F e) 6,9°Fc) 12o F

FÍSICA TÉRMICA4

10) (FATEC-SP) Certa escala termométrica adota os valores–20o E e 280o E, respectivamente, para os pontos defusão de gelo e ebulição da água, sob pressão de 1 atm.A fórmula de conversão entre essa escala Celsius é:

a) tE = t

C + 20 d) t

E = 3t

C + 20

b) tE = t

C – 20 e) t

E = 3t

C

c) tE = 3t

C – 20

11) (Fuevest-SP) A televisão notícia que a temperatura emNova Iorque chegou aos 104 graus (naturalmente 104o

graus Fahrenheit). Converta para graus Celsius.

a) 44o C d) 30o C

b) 40o C e) 0o C

c) 36o C

12) (Fesp) Ao medir a temperatura de um gás, verificou-seque a leitura era a mesma, tanto na Celsius como naFahrenheit. Qual era essa temperatura?

a) –38o C d) –41o C

b) –39o C e) –42o C

c) –40o C

13) (U. Mackenzie-SP) Um corpo apresenta acréscimo detemperatura de 20o C. O acréscimo de temperatura dessecorpo é expresso na escala Fahrenheit por:

a) 4o F c) 14o F

b) 10o F d) 36o F

14) (F. São Luiz-SP) Sabe-se que a temperatura de liquefa-ção do hidrogênio é “muito baixa”. Dos valores apre-sentados abaixo o mais provável é:

a) –20 K d) 300 K

b) 77 K e) 0 K

c) –300oC

15) (FESP) No texto de uma revista científica: “Em Plutão, oplaneta mais afastado do Sol, a temperatura vai a 380graus abaixo de zero” O autor, embora não tenha decla-rado qual a escala termométrica utilizada, certamente serefere, para a temperatura mencionada, à escala:

a) Kelvin

b) Celsius

c) Fahrenheit

d) diferente das anteriores, pois o valor não é compatí-vel com nenhuma das três escalas citadas.

16) O gráfico representa a relação entre a escala termométri-ca Celsius e uma escala hipotética X. Nessa escala X, ospontos de fusão do gelo e ebulição da água, sob pres-são de 1 atm, são, respectivamente:

a) 40 e 340 d) 32 e 280b) 0 e 100 e) 20 e 310c) 50 e 300

17) (Fabrício) “Existem ET’s em Mercúrio? Esse planeta,a apenas 58 milhões de quilômetros do Sol, tem ochão coberto de areia parecida com a de nossaspraias. Ela é composta do elemento químico silício,como aqui. Alguns bioquímicos acreditam que o si-lício, sob certas condições, poderia formar cadeiasmoleculares semelhantes às de carbono, que consti-tuem os organismos que conhecemos. Ainda assim,dois problemas dificultam o surgimento de ETs emMercúrio. O primeiro é a variação da temperatura,que vai de 185 graus Celsius negativos à sombra a470 graus positivos ao sol. O segundo é a falta deágua corrente. Mas os astrônomos acham que asbordas eternamente sombreadas das crateras pertodos pólos podem esconder gelo. É nelas que imagi-namos que moram nossos mercurianos.”

(Fonte: Superinteressante, ano 13, N°6)

Qual será a correspondente variação de temperatura doplaneta para um termômetro graduado na escala Kelvin?

18) (UEPA) Uma agência de turismo estava desenvolvendouma página na Internet que, além dos pontos turísticosmais importantes, continha também informações relativasao clima da cidade de Belém (PARÁ). Na versão em inglêsdessa página, a temperatura média de Belém (30°C) deveriaaparecer na escala Fahrenheit. Que valor o turista iria en-contrar, para essa temperatura, na página em inglês?

19) Lendo um jornal brasileiro, um estudante encontroua seguinte notícia: “Devido ao fenômeno El Niño, overão no Brasil foi mais quente do que costuma ser,ocorrendo em alguns locais variações de até 20°Cem um mesmo dia”. Se essa notícia fosse vertidapara o inglês, a variação de temperatura deveria serdada na escala Fahrenheit. Que valor iria substituira variação de 20°C?

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Calorimetria

1- Calor

Energia térmica em trânsito entre corpos a diferentestemperaturas.

• Unidades:

• Relação:

1cal = 4,18 J1 Kcal = 1000 cal

1Btu = 1055 J = 252 cal

• A caloria (cal) é definida como sendo a quantidade de calornecessária para se elevar a temperatura de 1 g de água de14,5 °C para 15,5 °C.

2- Calor sensível e latente

Quando um corpo recebe calor, este pode produzir varia-ção de temperatura ou mudança de estado físico. Quando oefeito produzido é a variação de temperatura, dizemos que ocorpo recebeu calor sensível. Se o efeito se traduz pela mudan-ça de estado, o calor recebido pelo corpo é dito calor latente.

3- Quantidade de calor sensível (equaçãofundamental da calorimetria)

Quanto mais calor fornecemos ao sólido, tanto maisintensa é a agitação molecular.

• Calor específico da substância (c): mede numericamente aquantidade de calor que faz variar em 1°C a temperatura damassa de 1 g da substância.

• Unidades : cal/g.°C ; J/Kg.°C ;.....

• Calor específico da água: 1 cal/g°C

Obs.: A água é uma das substâncias de maior calor específi-co na natureza. De um modo geral, os metais apresen-tam baixo calor específico.

Física no cotidiano

Oceanos e lagos permanecem numa faixa de temperatu-ras relativamente pequena durante as 24 horas do dia, pois aágua pode absorver (ou perder) grandes quantidades deenergia térmica, sem variar muito a sua temperatura. Assim,a água se aquece e se resfria mais lentamente do que asáreas terrestres adjacentes, surgindo, então, as brisas ter-restres e marítimas. Esse fenômeno tem grande influência naformação do clima das regiões próximas a grandes exten-sões de água. Devido a esse motivo a água é consideradacomo uma reguladora térmica.

A água, devido ao seu elevado calor específico, é utilizadacomo agente refrigerador em radiadores de automóveis, já queum líquido de calor específico mais baixo se aqueceria muito enão conseguiria manter o motor a temperaturas seguras.

FÍSICA TÉRMICA6

Os utensílios de cozinha são, em geral, feitos de metal(ferro, cobre, alumínio, etc.), pois apresentam baixos caloresespecíficos e alta condutividade térmica, sendo, portanto,facilmente aquecidos. Este fato possibilita uma maior eco-nomia de combustível (gás) e uma rapidez mais acentuadano aquecimento.

4- Capacidade térmica do corpo (C)

• É o produto da massa do corpo pelo calor específico domaterial que o constitui.

• Definimos capacidade térmica ou capacidade caloríficaC de um corpo como sendo a quantidade de calor ne-cessária para que um corpo de qualquer massa variesua temperatura.

• Unidade: cal/°C ; J/°C; ...

5- Fluxo de calor ou potência térmica ( φφφφφ )

• Unidade: cal/s; J/s = watt (W)

20) Um corpo de massa 200g é constituído por uma subs-tância de calor específico 0,4 cal/g °C. Determine:

a) a quantidade de calor que o corpo deve receber paraque sua temperatura varie de 5 °C para 35 °C.

b) a capacidade térmica do corpo.

21) A temperatura de 100 g de um líquido cujo calor especí-fico é 0,5 cal/g .°C sobe de –10 °C até 30°C. Em quantosminutos será realizado esse aquecimento com uma fon-te que fornece 50 calorias por minuto?

22) Um corpo de massa 200 g é aquecido por uma fonte de potên-cia constante e igual a 200 calorias por minuto. O gráficomostra como varia, no tempo, a temperatura do corpo. Deter-mine o calor específico da substância que constitui o corpo.

6- Quantidade de calor latente

• Lembre-se: durante a mudança de estado físico de umasubstância pura, a temperatura se mantém constante.

O calor necessário para que um 1 g de uma substânciamude de estado físico é denominado calor latente (L). Ocalor latente depende do tipo de mudança de estado (fusão,vaporização...) e da natureza da substância.

Os calores latentes de mudança de fase da substânciaágua são:

Equação da quantidade de calor latente

Q = m . L

23) Determine as quantidades de calor necessárias para:

a) vaporizar 50 g de água a 100°C;

b) solidificar 100 g de água a 0°C.

Dados : LV = 540 cal/g ; L

S = –80 cal/g

24) A taxa de produção de calor no corpohumano, devido ao metabolismo, va-ria com a atividade e com a temperatu-ra ambiente. Apesar disso, a tempera-tura corporal deve ser mantida em tor-no de 37°C. Quando a temperatura docorpo ultrapassa esse valor e o ambi-ente também está a essa temperatura,ou maior, o resfriamento do corpo sedá pela eveporação da água do suor.O resfriamento ocorre porque cada grama de água neces-sita cerca de 2.400 J de calor para evaporar, que é aproxima-damente o calor latente de vaporização da água nessa tempe-ratura. Suponha que a taxa de produção de calor no corpo deuma pessoa, executando uma atividade normal, durante umdia de verão em que a temperatura está em 37°C, é de 1.200 KJ/h. Quanta água ela deverá beber para repor as perdas devidoa evaporação durante 3 horas de atividades.

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25) (FGV-SP) O calor específico do ferro é, de aproximada-mente, 0,1cal/goC. Isto significa que, para se elevar de12oC, a temperatura de um pedaço de 5g de ferro, é ne-cessária uma quantidade de calor, em calorias, de:

a) 0,5 b) 1,2 c) 6,0 d) 60 c) 120

26) (PUC-SP) A água do mar junto à praia não acompanharapidamente, a variação da temperatura que pode ocor-rer na atmosfera. Isso acontece porque:

a) O volume de água do mar é muito grande.

b) O calor específico da água é grande.

c) O calor latente da água é pequeno.

d) O calor sensível da água é grande.

e) A capacidade térmica da água é pequena.

27) (PUC-RS) A geografia ensina que o clima de regiõesperto do mar caracteriza-se por uma grande estabilidadetérmica, contrariamente a regiões no interior do conti-nente, onde a temperatura varia muito entre o dia e anoite. Esse fenômeno é devido:

a) À grande condutividade térmica da água

b) À pequena condutividade térmica da água

c) À grande densidade da água

d) Ao grande calor específico da água

e) Ao pequeno calor específico da água

28) (F.M.ABC-SP) Dois corpos sólidos receberam a mesmaquantidade de calor e sofreram o mesmo aumento de tem-peratura. Podemos concluir que os corpos têm mesma (o):

a) Massa d) Capacidade térmica

b) Densidade e) Coeficiente de dilatação.

c) Calor específico

29) (Fuveste-SP) Um atleta envolve sua perna com uma bol-sa de água quente contendo 600g de água à temperatu-ra inicial de 90oC. Após 4hs ele observa que a tempera-tura da água é de 42oC. A perda média de energia daágua por unidade de tempo é: (Dado: c = 1,0 cal/goC)

a) 2,0 cal/s d) 8,4 cal/s

b) 18 cal/s e) 1,0 cal/s

c) 120 cal/s

7- Curva de aquecimento

Determine a quantidade de calor que 100 gramas de geloa –20°C, deve receber para se transformar em 100 gramas deágua líquida a 40°C.

Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C

calor específico da água = 1 cal/g°C

calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g

30) Vários estudos têm concluído que, em virtude do efeito es-tufa, há grande possibilidade de fusão das camadas de gelodas calotas polares e, em consequência, o nível das águasdos oceanos se elevará. Supondo-se que houvesse a fusãoda massa total de gelo da calotas polares (m = 4,0 . 108 ton, auma temperatura média de –10°C), qual a quantidade decalor necessária para aquela massa total sofrer fusão?

Dados: cgelo

= 0,5 cal/g .°C e L = 80 cal/g.

31) (UFPa-2001) A preservação da qualidade ambiental deveser reivindicada por todo cidadão. Nas grandes metrópo-les brasileiras, o sistema de transporte é uma fonte inten-siva de poluição atmosférica. Além da emissão de gasespoluentes, que pode ser atenuada pelo uso de filtros,outra forma de poluição mais difícil de ser remediada é apoluição térmica. Faça uma estimativa da quantidade decalor liberada diariamente pela queima de gasolina emautomóveis em uma cidade, a partir dos seguintes dados:

• Número de veículos que trafegam diariamente: 50.000• Consumo médio de gasolina por um automóvel: 3,0 litros/dia• Poder calorífico da gasolina: 40 x 106 J/litro• Rendimento médio dos veículos: 25%

8- Trocas de calor

• Lei geral: “Em um sistema termicamente isolado, a somaalgébrica das quantidades de calor trocadas entre oscorpos até o equilíbrio térmico é nula.”

FÍSICA TÉRMICA8

Importante: CASOS ESPECIAIS

a) Quando se misturam quantidades iguais de um mesmolíquido (mesmo calor específico), a temperatura de equi-líbrio é dada por:

Ex.: Em um calorímetro ideal são misturados duas amos-tras de um líquido, uma à temperatura de 80oC e outraa 50oC. As massas das amostras são iguais. Qual atemperatura final da mistura?

b) Quando se misturam quantidades diferentes de um mes-mo líquido (mesmo calor específico), a temperatura deequilíbrio é dada por:

Ex.: Uma garrafa térmica contém 0,5 litros de café a umatemperatura de 80oC. O café frio de um copo com volu-me 0,25 litros, a 20oC, é despejado de volta na garrafa.Se a capacidade calorífica da garrafa for desprezível,qual será a temperatura do café depois da mistura?

32) Colocam-se 500 g de ferro a 42°C num recipiente de ca-pacidade térmica desprezível contendo 500 g de água a20°C. Determine a temperatura final de equilíbrio térmi-co. O calor específico do ferro é 0,1 cal/g. °C.

33) Uma zelosa “mãe de primeira viagem” precisa preparar obanho do recém-nascido, mas não tem termômetro. Seupediatra disse que a temperatura ideal para o banho é de38°C. Ela mora à beira-mar e acabou de ouvir, pelo rádio,que a temperatura ambiente é 32°C. Como boa estudantede Física, resolve misturar água fervente com água à tem-peratura ambiente, para obter a temperatura desejada.

a) Enuncie o princípio físico em que se baseia o seuprocedimento.

b) Suponha que ela dispõe de uma banheira com 10 li-tros de água à temperatura ambiente. Calcule qual é,aproximadamente, o volume de água fervente que eladeve misturar à água da banheira para obter a tempe-ratura ideal. Admita desprezível o calor absorvido pelabanheira e que a água não transborde.

Propagação do calor

1- Condução térmica

• Propagação do calor em que a energia térmica é transmiti-da de partícula para partícula, mediante as colisões e al-terações das agitações térmicas; ressalte-se que não hátransporte de partículas, há somente transmissão de ener-gia térmica.

• Processo típico dos sólidos, onde os metais, em geral, pos-suem boa condutibilidade térmica.

Lei da condução térmica (Lei de Fourier)

• K: é uma característica da substância chamada de coefici-ente de condutibilidade (ou condutividade) térmica.

Você sabe por que...• Os pássaros no inverno costumam eriçar as penas?• Os esquimós fazem suas casas usando blocos de gelo como

material?• Devemos descongelar a geladeira periodicamente?

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2- Convecção térmica

• Transmissão de calor em que a energia térmica é propaga-da mediante o transporte de matéria, havendo, portanto,deslocamento de partículas.

• A convecção ocorre em meios fluidos, ou seja, líquidose gases.

• Brisas:

Você sabe por quê...• O congelador é sempre colocado na parte superior de uma

geladeira?• As casas antigas eram construídas com elevado pé direito

(distância do piso ao teto) e porões (colchão de ar entre osolo e o piso)?

3- Irradiação térmica

• Propagação de calor em que a energia térmica é transmitidaatravés de ondas eletromagnéticas, principalmente os rai-os infravermelhos.

• É o único processo que pode ocorrer no vácuo.

Importante:

1- Todos os objetos estão irradiando (emitindo) calor con-tinuamente. No equilíbrio térmico, a potência irradiadaou emitida por um objeto é igual à potência que ele ab-sorve, na forma de radiação de objetos vizinhos.

2- Bons emissores de energia radiante são também bonsabsorvedores dela (corpo negro); maus emissores sãomaus absorvedores.

3- A absorção e a reflexão são processos que se opõem.Um bom absorvedor de energia radiante reflete muitopouco esse tipo de energia, incluindo a luz visível. Por-tanto, uma superfície que reflete muito pouco aparececomo escura. Bons refletores, por outro lado, são mausabsorvedores (consequentemente maus emissores). Aneve clara é um bom refletor e, portanto, não derreterapidamente quando exposta à luz do Sol.

• Garrafa térmica (Vaso de Dewar)

O bom funcionamento da garrafa se deve aos seguin-tes fatores:• Suas paredes são duplas e feitas de vidro (um bom isolante

térmico), o que atenua a condução térmica.• O ar entre as paredes duplas é bastante rarefeito, razão

pela qual se diz que nessa região existe vácuo; impedindoa condução e convecção.

• O material de que é feita a tampa da ampola é um bomisolante térmico.

• As paredes são espelhadas, o que minimiza a irradiação,pois refletem as ondas de calor.

FÍSICA TÉRMICA10

34) Uma pessoa anda descalça no interior de uma casa onde asparedes, o piso e o ar estão em equilíbrio térmico. A pessoasente o piso de ladrilho mais frio que o de madeira devido:

a) A efeitos psicológicos.

b) A diferentes propriedades de condução de calor doladrilho e da madeira.

c) À diferença de temperatura entre o ladrilho e a madeira.

d) À diferença entre os calores específicos do ladrilho eda madeira.

e) A diferentes propriedades de radiação de calor doladrilho e da madeira.

35) Os iglus, embora feitos de gelo, possibilitam aos esqui-mós neles residirem porque:

a) O calor específico do gelo é maior do que o da água.

b) O calor específico do gelo e extraordinariamente pe-queno comparado ao da água.

c) A capacidade térmica do gelo é muito grande.

d) O gelo não é um bom condutor de calor.

e) A temperatura externa é igual à interna.

36) (UF-ES) O uso de chaminés para escape de gases quen-tes provenientes de combustão é uma aplicação do pro-cesso térmico de:

a) Radiação d) Convecção

b) Condução e) Dilatação

c) Absorção

37) (UF-MG) Em uma experiência, colocam-se gelo e água emum tubo de ensaio, sendo o gelo mantido no fundo poruma tela de metal. O tubo de ensaio é aquecido conforme afigura. Embora a água ferva, o gelo não se funde imediata-mente. As afirmações abaixo referem-se a esta situação:

I- Um dos fatores que contribui para que o gelo não sefunda é o de que a água quente é menos densa quea água fria.

II- Um dos fatores que concorre para a situação obser-vada é o de que o vidro é bom isolante térmico.

III- Um dos fatores que concorre para que o gelo não sefunda é o de que a água é bom isolante térmico.

a) Se apenas a afirmativa I é verdadeira.

b) Se apenas a afirmativa II é verdadeira.

c) Se apenas a afirmativa III é verdadeira

d) Se todas as afirmativas são corretas.

e) Nenhuma das alternativas anteriores.

38) (FUVEST-SP) A figura ilustra um sistema de aqueci-mento solar: uma placa metálica P, pintada de preto,e, em contato com ela, um tubo metálico encurvado;um depósito de água D e tubos de borracha T ligan-do o depósito ao tubo metálico. O aquecimento daágua contida no depósito D, pela absorção de ener-gia solar, é devido basicamente aos seguintes fenô-menos, pela ordem:

a) Condução, irradiação, convecção

b) Irradiação, condução, convecção

c) Convecção, condução, irradiação

d) Condução, convecção, irradiação

e) Irradiação, convecção, condução

39) (ITA-SP) Em uma garrafa térmica, uma das razões pelaqual o líquido quente se conserva aquecido é:

a) A camada espelhada impede a transmissão do calorpor condução;

b) O vácuo entre as paredes duplas impede a transmis-são do calor por radiação;

c) A garrafa é de vidro cujo coeficiente de condutibilida-de térmica é baixa;

d) A pintura escura do revestimento externo absorve aradiação térmica vinda de fora;

e) Nenhuma das alternativas anteriores.

40) (FUVEST-SP) Têm-se dois corpos, com mesma quanti-dade de água, um aluminizado A e outro negro N, queficam expostos ao sol durante uma hora. Sendo inicial-mente as temperaturas iguais, é mais provável que ocor-ra o seguinte:

a) Ao fim de uma hora não se pode dizer qual a tempera-tura é maior.

b) As temperaturas são sempre iguais em qualquer instante.

c) Após uma hora, a temperatura de N é maior do que a de A

d) De início, a temperatura de A decresce (devido à refle-xão) e a de N aumenta.

e) As temperaturas de N e de A decrescem (devido aevaporação) e depois crescem.

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46) (U.Uberaba-MG) Quando, numa noite de baixa tempera-tura, vamos para a cama, nós a encontramos fria, mesmoque sobre ela estejam vários cobertores de lã. Passadoalgum tempo nos aquecemos porque:

a) o cobertor de lã impede a entrada do frio.

b) o cobertor de lã não é aquecedor, mas sim um bomisolante térmico.

c) o cobertor de lã só produz calor quando em contatocom o nosso corpo.

d) o cobertor de lã não é um bom absorvedor de frio.

e) o corpo humano é um bom absorvedor de frio.

47) (UEBA) Quando uma pessoa pega na geladeira uma gar-rafa de cerveja e uma lata de refrigerante à mesma tem-peratura, tem sensações térmicas diferentes, porque,para a garrafa e a lata, são diferentes:

a) os coeficientes de condutibilidade térmica.

b) os coeficientes de dilatação térmica.

c) os volumes.

d) as massas.

e) as formas geométricas.

48) (UFRN) A tabela abaixo contém informações sobre qua-tro panelas: As quatro panelas têm o mesmo volume ebase com a mesma área. Pretende-se usar uma delaspara aquecer água em um fogão comum.A equação ge-ral para o fluxo de calor por unidade de tempo, transmi-tido por condução térmica através de uma chapa de ummaterial com área de secção transversal S, espessura de coeficiente de condutividade térmica k, é

em que Dq é a diferença de temperatura entre as faces dachapa. Com base na análise dos dados da tabela abaixo eda equação, indique a opção correspondente à panela quepermite ferver mais rápido uma certa quantidade de água:

a) Panela III c) Panela II

b) Panela IV d) Panela I

49) (Unama-98) A figura a seguir mostra os exaustores doginásio de esportes da UNAMA. Os exaustores sãodispositivos usados para retirar o ar quente do interiorde um ambiente, sem qualquer acionamento artificial.Mesmo assim, as hélices dos exaustores giram. Umaexplicação correta para o movimento das hélices é:

41) (UCMG) Se flui calor de um corpo A para um corpo B,afirma-se que:

a) A temperatura de A é maior que a de B.b) A capacidade térmica de A e maior que a de B.c) O calor específico de A é maior que o de B.d) A é melhor condutor que B.e) A tem maior quantidade de calor que B.

42) (F. M. Pouso Alegre-MG) Você coloca a extremidade deuma barra de ferro sobre a chama, segurando-a pela ou-tra extremidade. Dentro de pouco tempo você sente atra-vés do tato, que a extremidade que você segura está seaquecendo. Podemos afirmar que:

a) Não houve transferência de energia no processo.

b) O calor se transferiu por irradiação.

c) O calor se transferiu por convecção.

d) O calor se transferiu por condução.

e) A energia transferida não foi energia térmica.

43) (ITA-SP) Tem-se a sensação de que uma colher de alu-mínio, num dia muito frio, está muito mais fria do queoutra de madeira, de mesma massa e em equilíbrio térmi-co com ela, porque a colher de metal:

a) Tem condutividade térmica maior do que a da colherde madeira.

b) Reflete melhor o calor do que a de madeira.

c) Tem calor específico maior do que a de madeira.

d) Tem capacidade térmica menor do que a de madeira.

e) Tem capacidade térmica maior do que a de madeira.

44) (U. Mackenzie-SP)Assinale a alternativa correta:

a) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo.

b) No vácuo a única forma de transmissão do calor é porcondução.

c) A convecção térmica só ocorre nos fluídos, ou seja, nãoverifica no vácuo e nem em materiais no estado sólido.

d) A irradiação é um processo de transmissão do calorque só se verifica em meios materiais.

e) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto,a convecção térmica se verifica inclusive em materi-ais no estado sólido.

45) (UFRS) Se o vácuo existente entre as paredes de vidrode uma garrafa térmica fosse total, propagar-se-ia calorde uma parede para outra apenas por:

a) Convecção. d) Convencção e radiação.

b) Radiação. e) Condução e convecção.

c) Condução.

FÍSICA TÉRMICA12

a) a passagem do ar quente da parte interna para a exter-na, através do exaustor.

b) a passagem do ar quente da parte externa para a inter-na, através do exaustor.

c) a passagem do ar frio da parte externa para a interna,através do exaustor.

d) a propagação do calor por condução da parte internapara o meio exterior.

e) propagação do calor por irradiação da parte internapara o meio exterior.

50) Atualmente, os diversos meios de comunicação vêmalertando a população para o perigo que a Terra começaa enfrentar: o chamado efeito estufa. Tal efeito é devidoao excesso de gás carbônico presente na atmosfera, pro-vocado pelos poluentes, pelos quais o homem é res-ponsável direto. O aumento de temperatura provocadopelo fenômeno deve-se ao fato de que:

a) a atmosfera é transparente à energia radiante e opacapara as ondas de calor.

b) a atmosfera é opaca à energia radiante e transparentepara as ondas de calor.

c) a atmosfera é transparente tanto para a energia radi-ante como para as ondas de calor.

d) a atmosfera é opaca tanto para a energia radiantecomo para as ondas de calor.

e) a atmosfera funciona como um meio refletor para aenergia radiante e como meio absorvente para a ener-gia térmica.

51) (UFMA)Analise as afirmativas seguintes:

I- Uma pessoa sente frio quando perde calor rapida-mente para o meio ambiente.

II- Em um líquido, o calor se transfere devido à forma-ção de correntes de convecção.

III- Um corpo escuro absorve menor quantidade de ra-diação térmica do que um corpo claro.

IV- Quando dois corpos de massas iguais recebem iguaisquantidades de calor, o de menor calor específicosofrerá maior elevação de temperatura.

Dessas afirmativas:

a) somente a I, a II e a III são corretas.

b) somente a I, a II e a IV são corretas.

c) somente a I e a III são corretas.

d) somente a II e a IV são corretas.

e) somente a II e a III são corretas.

52) (FCAP-2000) Uma massa de ar frio se desloca da regiãoSudeste para a região Nordeste, provocando uma quedade temperatura nesta última região. Este fenômeno se jus-tifica, fundamentalmente, pela propagação do calor por:

a) condução d) radiação

b) irradiação e) reflexão

c) convecção

53) Colocando-se uma das mãos alguns centímetros abaixo deuma panela quente, no ar, imediatamente sente-se na mãoo calor proveniente da panela. Qual o principal processode propagação de calor da panela para a mão? Justifique.

54) (UEPA-2000) No preparo de um churrasco, com fogo acarvão, duas possíveis posições de carne em relação aofogo podem ser adotadas, como mostram as figuras A eB abaixo. Considere que não há vento nestas duas situ-ações. Na situação indicado na figura A, a fumaça daqueima do carvão fica fortemente impregnada na carne,o que nao ocorre na situação indicada na figura B.

a) Quais os dois principais mecanismos de transfe-rência de calor do fogo para o assado na situaçaoindicada na figura A?

b) Qual o principal mecanismo de transferência de calor dofogo para o assado no situação indicada no figura B?

13

55) (UFPA-2000) Para revestir as paredes de uma cozinhaindustrial, de onde o calor propagado causa desconfor-to às salas vizinhas, um engenheiro encontra dois pro-dutos com custos idênticos. O produto A tem coeficien-te de condutibilidade térmica K

A e espessura e

A. O pro-

duto B tem condutibilidade térmica KB = 2 K

A e espes-

sura eB = 2 e

A. Considerando exclusivamente o isola-

mento térmico, o engenheiro deve recomendar o produ-to A, o B ou é indiferente usar A ou B? Justifique.

56) Uma garrafa e uma lata de cerveja permanecem duranteum certo tempo no interior de uma geladeira. Esse tem-po é suficiente para que ambas estejam com a mesmatemperatura e em equilíbrio térmico com o interior dageladeira. Entretanto, ao retirarmos os dois recipientesda geladeira temos a impressão de que a lata está maisfria que a garrafa. Como você explica esse fato?

57) As garrafas térmicas são úteis tanto para conservar bebi-das quentes como geladas. Essas garrafas são constituí-das de um recipiente de vidro de paredes duplas, espelha-das interna e externamente. Em sua fabricação, retira-sequase todo o ar existente entre elas. Explique por que es-sas paredes permitem à garrafa servir de isolante térmico.

58) Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e área desecção transversal de 5 cm² tem uma de suas extremida-des em contato térmico com uma câmara de vapor d’águaem ebulição. A outra extremidade está imersa numa cubaque contém uma mistura bifásica de gelo fundente. A

pressão atmosférica é normal. Sabendo-se que o coefi-ciente de condutibilidade térmica do alúminio vale0,5 cal/s.cm.°C , calcular:

a) O fluxo de calor através da barra, depois de estabele-cido o regime permanente.

b) A temperatura numa secção transversal da barra, si-tuada a 40 cm da extremidade mais quente.

59) (UEPA) Desejando preparar um dos melhores pratos daculinária paraense, a maniçoba, um restaurante da cidadeutiliza um caldeirão de aço inoxidável com base de 1cm deespessura e 1080 cm² de área. Quando a água está ferven-do, a taxa de vaporização se mantém constante, 600 g acada 5 minutos. Supondo que todo o fluxo de calor atravésda base do caldeirão é transferido para a água. Pede-se:

Dados:Calor latente de vaporização da água: 540 cal/gTemperatura de ebulição da água: 100°CCoeficiente de condutibilidade térmica do aço: 0,1 cal/s.cm.°C

a) Identificar o principal processo de propagação decalor através da base do caldeirão.

b) Identificar o principal processo de propagação decalor na água em ebulição.

c) Determinar a temperatura na superfície externa da basedo caldeirão.

60) Por que, para se esfriar o “chope” de um barril, o gelo éposto em cima do barril?

FÍSICA TÉRMICA14

Dilatação térmicaEstudo qualitativo

1- Introdução teórica

Ao se elevar a temperatura de um corpo, geralmente háum aumento nas suas dimensões, pois aumentando-se a agi-tação térmica, as moléculas irão distanciar-se umas das ou-tras. Esse fenômeno é conhecido como dilatação térmica.

Quando se estuda, didaticamente, a variação de uma úni-ca dimensão, estuda-se a dilatação linear; de duas dimen-sões, a dilatação superficial e de três dimensões, a dilataçãovolumétrica.

Casos em que ocorre dilatação térmica dos sólidos

a) Uma esfera metálica que passe quase sem folga por umaro, deixa de fazê-lo após ser aquecida, pois tem seu vo-lume aumentado.

b) As ferrovias apresentam um certo intervalo entre trilhos(junta de dilatação) para que quando a temperatura seeleva, eles possam se dilatar sem prejudicar a estrutura.

Trilho de trem

Trilho deformado devido a dilatação

c) As lâminas bimetálicas sãodispositivos que utilizam aspropriedades da dilataçãotérmica. Elas são constituídasde duas lâminas de metais di-ferentes, sobrepostas e soli-dárias entre si. Quando sub-metidas à mesma variação detemperatura, as lâminas se di-latam desigualmente; como uma não pode deslizar sobre aoutra, surge uma deformação e o conjunto sofre a outra,surge uma deformação e o conjunto sofre um encurvamento.

d) Em calçadas, pátios e estradas pavimentadas com cimento,utilizam-se, intervalos regulares, ripas de madeira ou asfaltopara permitir a dilatação do cimento sem causar prejuízos.

Importante: Quando um corpo possui uma região oca noseu interior, ele se dilata (ou se contrai) como se fosse maciço.

2- Equações da dilatação dos sólidos

1- Dilatação linear:

1 2 3 4

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2- Dilatação superficial:

3- Dilatação volumétrica:

Obs.: Relação entre os coeficientes:

3- Dilatação anômala (irregular) da água

A maioria dos líquidos se dilatam com o aumento datemperatura e se contraem com a redução da temperatura,mas a ÁGUA constitui uma anomalia do comportamento ge-ral entre 0ºC e 4ºC, vejamos:

A partir de 0ºC a medida que a temperatura se eleva, a águase contrai, porém essa contração cessa quando a temperatura éde 4ºC; a partir dessa temperatura ela começa a se dilatar.

Sendo assim, a água atinge um volume mínimo a 4ºC enesta temperatura a sua densidade é máxima.

Observações:a) A superfície de rios e lagos sofre resfriamento por estar em

contato direto com o ar frio. Quando a temperatura atingevalores menores que 4ºC, a água se dilata, tornando-semenos densa à medida que se solidifica, e forma na superfí-cie uma camada de gelo que, por ser mau condutor, impedeo congelamento das camadas mais profundas.

Como a densidade da água é máxima à temperatura de4ºC, esta é a temperatura da água das camadas mais profun-das, o que favorece a continuidade da vida dos animais evegetais além do abastecimento de água à população local.

b) A água ao sofrer solidificação apresenta aumento em seuvolume (diminuição da densidade). Isso ocorre porque asmoléculas da rede cristalina do gelo têm uma estrutura quepossui grandes cavidades vazias, como ilustra a figura.

Durante a fusão, a velocidade de vibração das moléculase a distância intermolecular aumentam. Assim que a estruturado cristal se rompe, as moléculas preenchem as cavidadesvazias e, já no estado líquido, o volume total diminui, o queexplica por que a água líquida é mais densa que o gelo.

61) (Fatec-SP) As tampas metálicas dos recipientes de vidrosão mais facilmente removidas quando o conjunto é imer-so em água quente. Tal fato ocorre porque:

a) A água quente lubrifica as superfícies em contato,reduzindo o atrito entre elas.

b) A água que amolece o vidro, permitindo que a tam-pa se solte.

c) A água quente amolece o metal, permitindo que atampa se solte.

d) O metal dilata-se mais que o vidro, quando ambossão sujeitos à mesma variação de temperatura.

e) O vidro dilata-se mais que o metal, quando ambossão sujeitos à mesma variação de temperatura.

FÍSICA TÉRMICA16

62) (ITA-SP) O vidro pirex apresenta maior resistência aochoque térmico do que o vidro comum, porque:

a) Possui alto coeficiente de rigidez.b) Tem baixo coeficiente de dilatação térmica.c) Tem alto coeficiente de dilatação térmica.d) Tem alto calor específico.e) É mais maleável que o vidro comum.

63) (Fetec-SP) Um fio de cobre de 100m sofre aumento detemperatura de 10o C. O coeficiente de dilatação linear docobre é 17. 10-6 oC-1. A variação do comprimento foi de:

a) 17 mm c) 17 m e) 1,7 mb) 17 cm d) 100,17 m

64) (UEPI) Uma barra metálica, de comprimento L0 a 0oC, sofre

um aumento de comprimento de 1/100 de L0, quando aque-

cida a 500oC. O coeficiente de dilatação desse metal é:

a) 2. 10-6 oC-1 d) 5. 10-6 oC-1

b) 2. 10-5 oC-1 e) 4. 10-6 oC-1

c) 4. 10-5 oC-1

65) As rodas de alguns veículos (carroças, locomotivas, etc.)costumam ser protegidas por um aro ou anel de aço es-pecial, que as envolve (figura). Este anel, antes de seradaptado, tem um diâmetro interno ligeiramente menorque o da roda.

a) Explique por que o anel é aquecido para ser adaptado à roda.

b) Por que não é necessário usar parafusos (ou outrosistema de fixação) para manter o aro preso à roda?

66) (PUC-SP) Uma linha férrea da ordem de 600Km de exten-são tem sua temperatura variando de –15oC no invernoaté 35oC no verão. A variação de comprimento que ostrilhos sofrem na sua extensão é da ordem de (Dado:coeficiente de dilatação linear do material de que é feitoo trilho α = 10-5oC-1):

a) 0,12 m c) 120 m e) 300 mb) 12 mm d) 3000 m

67) Um poste de iluminação pública, feito de aço, tem umcomprimento de 20,000m durante a madrugada, quando

a temperatura é de 20ºC. Ao meio dia, sob a ação do sol,a temperatura do poste se eleva para 50ºC. Se o coefici-ente de dilatação térmica linear do aço vale 1,5 10–5/ºC,então o comprimento do poste, ao meio-dia, será

a) 20,015m c) 20,009m e) 20,090mb) 20,150m d) 21,500m

68) Um motorista de táxi, ao saber que a gasolina iria au-mentar de preço, encheu completamente o tanque doseu carro. No estacionamento, enquanto aguardava porpassageiros, o carro ficou exposto ao sol. Após um cer-to tempo o motorista verificou que uma pequena quan-tidade de combustível havia derramado. Intrigado, con-sultou seu filho, que formulou as seguintes hipótesespara explicar o ocorrido:I- A quantidade de gasolina derramada corresponde à

dilatação real sofrida por este combustível.II- Com o aquecimento, a expansão sofrida pela gasoli-

na foi maior do que a sofrida pelo tanque.III- A dilatação do tanque é linear, enquanto a da gaso-

lina é volumétrica.Destas afirmações, está(ão) correta(s):

a) apenas I d) apenas I e IIb) apenas II e) I, II e IIIc) apenas III

69) Quatro placas retangulares, A, B, C e D, de mesmo mate-rial mas diferentes dimensões, estão dispostas, confor-me figura abaixo:

Um jovem decide, então, realizar uma experiência, pro-vocando o mesmo aumento de temperatura nas quatroplacas e faz as seguintes observações:

I- A placa A sofreu a maior dilatação superficial.II- As placas B e C sofreram a mesma dilatação na dire-

ção horizontal.III- As placas B e D sofreram a mesma dilatação na dire-

ção vertical.

Destas observações, são verdadeiras:

a) I, II e III d) apenas II e IIIb) apenas I e II e) apenas Ic) apenas I e III

70) O comprimento de uma barra metálica aumenta de 0,2%quando sua temperatura varia de 100ºC. A partir destesdados, conclui-se que o coeficiente de dilatação lineardeste metal é:

a) 2 10-1/ºC d) 2 10-4/ºCb) 2 10-2/ºC e) 2 10-5/ºCc) 2 10-3/ºC

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