Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    14 PARTE I – TERMOLOGIA

    Tópico 2

    1   Analise as proposições e indique a falsa.

    a) O somatório de toda a energia de agitação das partículas de umcorpo é a energia térmica desse corpo.

    b) Dois corpos atingem o equilíbrio térmico quando suas temperatu-ras se tornam iguais.

    c) A energia térmica de um corpo é função da sua temperatura.d) Somente podemos chamar de calor a energia térmica em trânsito;

    assim, não podemos af  irmar que um corpo contém calor.e) A quantidade de calor que um corpo contém depende de sua tem-

    peratura e do número de partículas nele existentes.

    Resolução:

    Calor é energia térmica em trânsito. Um corpo sempre tem energia tér-mica, mas possui calor somente quando essa energia está em trânsito.Assim, um corpo tem energia térmica, mas não tem calor.

    Resposta: e

    2   Imagine dois corpos A  e B  com temperaturas TA  e T

    B, sendo

    TA > T

    B. Quando colocamos esses corpos em contato térmico, podemos

    af  irmar que ocorre o seguinte fato:a) Os corpos se repelem.b) O calor flui do corpo A para o corpo B por tempo indeterminado.c) O calor flui do corpo B para o corpo A por tempo indeterminado.d) O calor flui de A para B até que ambos atinjam a mesma temperatura.e) Não acontece nada.

    Resolução:

    A energia térmica flui espontaneamente do corpo de maior tempera-tura para o de menor temperatura até que esses corpos atinjam o equi-líbrio térmico, isto é, até que as temperaturas atinjam o mesmo valor.

    Resposta: d

    3   No café-da-manhã, uma colher metálica é colocada no interiorde uma caneca que contém leite bem quente. A respeito desse aconte-cimento, são feitas três af  irmativas.I. Após atingirem o equilíbrio térmico, a colher e o leite estão a uma

    mesma temperatura.II. Após o equilíbrio térmico, a colher e o leite passam a conter quanti-

    dades iguais de energia térmica.

    III. Após o equilíbrio térmico, cessa o fluxo de calor que existia do leite(mais quente) para a colher (mais fria).Podemos afirmar que:a) somente a af  irmativa I é correta;b) somente a af  irmativa II é correta;c) somente a af  irmativa III é correta;d) as af  irmativas I e III são corretas;e) as af  irmativas II e III são corretas.

    Resolução:I) Correta.  No equilíbrio térmico, as temperaturas dos corpos são iguais.II) Incorreta.  A quantidade de energia térmica de um corpo depende de sua

    temperatura e do número de partículas que possui. Assim, mesmoas temperaturas do leite e da colher sendo iguais, seu número departículas pode não ser o mesmo.

    III) Correta.

      O que fazia o calor fluir de um corpo para outro era a diferença de

    temperaturas existente entre eles.

    Resposta: d

    4   Analise as proposições e indique a verdadeira.

    a) Calor e energia térmica são a mesma coisa, podendo sempre serusados tanto um termo como o outro, indiferentemente.

    b) Dois corpos estão em equilíbrio térmico quando possuem quanti-

    dades iguais de energia térmica.

    c) O calor sempre flui da região de menor temperatura para a de maior

    temperatura.

    d) Calor é energia térmica em trânsito, fluindo espontaneamente da

    região de maior temperatura para a de menor temperatura.e) Um corpo somente possui temperatura maior que a de um outro

    quando sua quantidade de energia térmica também é maior que a

    do outro.

    Resolução:

    Calor é a denominação que damos à energia térmica enquanto ela

    está transitando entre dois locais de temperaturas diferentes. O senti-do espontâneo é do local de maior temperatura para o local de menor

    temperatura.

    Resposta: d

    5   (Unirio-RJ) Indique a proposição correta.a) Todo calor é medido pela temperatura, isto é, calor e temperatura

    são a mesma grandeza.

    b) Calor é uma forma de energia em trânsito e temperatura mede o

    grau de agitação das moléculas de um sistema.c) O calor nunca é função da temperatura.

    d) O calor só é função da temperatura quando o sistema sofre mudan-

    ça em seu estado físico.e) A temperatura é a grandeza cuja unidade fornece a quantidade de

    calor de um sistema.

    Resolução:

    Calor é energia térmica em trânsito e temperatura determina o grau de

    agitação das partículas de um sistema.

    Resposta: b

    6  (Enem) A sensação de frio que nós sentimos resulta:

    a) do fato de nosso corpo precisar receber calor do meio exterior para

    não sentirmos frio.

    b) da perda de calor do nosso corpo para a atmosfera que está a umatemperatura maior.

    c) da perda de calor do nosso corpo para a atmosfera que está a uma

    temperatura menor.

    d) do fato de a friagem que vem da atmosfera afetar o nosso corpo.

    e) da transferência de calor da atmosfera para o nosso corpo.

    Resolução:

    Quanto mais rápido perdemos energia térmica, maior é a nossa sensa-

    ção de frio. Essa rapidez é função da diferença de temperatura entre o

    nosso corpo e a atmosfera do meio onde nos encontramos.Resposta: c

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    15Tópico 2 – O calor e sua propagação

    7   Você sabe que o aprendizado da Física também se faz por meioda observação das situações que ocorrem no nosso dia-a-dia. Faça umexperimento. Caminhe descalço sobre um carpete ou um tapete e so-bre um piso cerâmico, como o do banheiro da sua casa, por exemplo.Você vai notar que o piso cerâmico parece mais frio do que o tapete,

    apesar de estarem à mesma temperatura. Essa diferença de sensaçãose deve ao fato de:a) a capacidade térmica do piso cerâmico ser menor que a do tapete;b) a temperatura do piso cerâmico ser menor que a do tapete;c) a temperatura do tapete ser menor que a do piso cerâmico;d) a condutividade térmica do piso cerâmico ser maior que a do tapete;e) a condutividade térmica do piso cerâmico ser menor que a do

    tapete.

    Resolução:

    A sensação de frio é devida à perda de energia térmica através da peleda planta do nosso pé. O tapete é um mau condutor de calor e o pisocerâmico é condutor. Assim, a energia térmica flui mais rapidamente

    da nossa pele quando estamos em contato com o piso cerâmico.

    Resposta: d

    8   Numa noite muito fria, você f  icou na sala assistindo à televisão.Após algum tempo, foi para a cama e deitou-se debaixo das cobertas(lençol, cobertor e edredom). Você nota que a cama está muito fria,apesar das cobertas, e só depois de algum tempo o local se tornaaquecido.

    Isso ocorre porque:a) o cobertor e o edredom impedem a entrada do frio que se encontra

    no meio externo;b) o cobertor e o edredom possuem alta condutividade térmica;c) o cobertor e o edredom possuem calor entre suas f  ibras, que, ao ser

    liberado, aquece a cama;d) o cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmi-

    cos, que não deixam o calor liberado por seu corpo sair para o meioexterno;

    e) sendo o corpo humano um bom absorvedor de frio, após algumtempo não há mais frio debaixo das cobertas.

    Resolução:

    O cobertor e o edredom não são aquecedores, são isolantes térmicosque não deixam o calor liberado por nosso corpo sair para o meio ex-

    terno, deixando-nos aquecidos.

    Resposta: d

    9  (Ufes) Para resfriar um líquido, é comum colocar a vasilha queo contém dentro de um recipiente com gelo, conforme a f  igura. Paraque o resfriamento seja mais rápido, é conveniente que a vasilha sejametálica, em vez de ser de vidro, porque o metal apresenta, em relaçãoao vidro, um maior valor de:

    a) condutividade térmica.b) calor específico.c) coef  iciente de dilatação térmica.d) energia interna.e) calor latente de fusão.

    Resolução:O metal tem maior coef  iciente de condutividade térmica do que o vi-dro. O metal é bom condutor de calor e vidro é péssimo.

    Resposta: a

    10   Uma garrafa e uma lata de refrigerante permanecem durante vá-

    rios dias em uma geladeira. Quando pegamos a garrafa e a lata com asmãos desprotegidas para retirá-las da geladeira, temos a impressão deque a lata está mais fria do que a garrafa. Isso é explicado pelo fato de:a) a temperatura do refrigerante na lata ser diferente da temperatura

    do refrigerante na garrafa;b) a capacidade térmica do refrigerante na lata ser diferente da capa-

    cidade térmica do refrigerante na garrafa;c) o calor específico dos dois recipientes ser diferente;d) o coeficiente de dilatação térmica dos dois recipientes ser diferente;e) a condutividade térmica dos dois recipientes ser diferente.

    Resolução:O metal da lata tem condutividade térmica maior do que o vidro dagarrafa. Assim, ao tocarmos ambos, perderemos calor mais rapidamen-

    te para a lata. Por isso ela parecerá mais fria do que a garrafa.

    Resposta: e

    11  (UFSC) Identif  ique a(s) proposição(ões) verdadeira(s):(01) Um balde de isopor mantém o refrigerante gelado porque impe-

    de a saída do frio.(02) A temperatura de uma escova de dentes é maior que a tempera-

    tura da água da pia; mergulhando-se a escova na água, ocorreráuma transferência de calor da escova para a água.

    (04) Se tivermos a sensação de frio ao tocar um objeto com a mão, issosignifica que esse objeto está a uma temperatura inferior à nossa.

    (08) Um copo de refrigerante gelado, pousado sobre uma mesa, num

    típico dia de verão, recebe calor do meio ambiente até ser atingi-do o equilíbrio térmico.(16) O agasalho, que usamos em dias frios para nos mantermos aque-

    cidos, é um bom condutor de calor.(32) Os esquimós, para se proteger do frio intenso, constroem abrigos

    de gelo porque o gelo é um isolante térmico.Dê como resposta a soma dos números associados às proposiçõescorretas.

    Resolução:

    (01) Falsa – O isopor impede que o calor proveniente do meio am-biente atinja o refrigerante.

    (02) Verdadeira – A transferência espontânea de calor se processado corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

    (04) Verdadeira – A sensação de frio é determinada pela perda deenergia térmica do nosso corpo para o objeto ou meio com oqual entra em contato.

    Líquido

    Gelo

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    16 PARTE I – TERMOLOGIA

    (08) Verdadeira – A energia térmica do ambiente será recebida pelorefrigerante gelado, aquecendo-o até o equilíbrio térmico.

    (16) Falsa – Os agasalhos são confeccionados com materiais que sãopéssimos condutores de calor; eles são, na verdade, bons isolan-

    tes térmicos.

    (32) Verdadeira – O gelo é um bom isolante térmico, pois possui bai-xa condutividade térmica.

    Resposta: 46

    1 2 E. R.   Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e áreade seção transversal de 5 cm2 tem uma de suas extremidades em con-

    tato térmico com uma câmara de vapor de água em ebulição (100 °C).A outra extremidade está imersa em uma cuba que contém uma mis-

    tura bifásica de gelo fundente (0 °C):

    Lã de vidro

    A pressão atmosférica local é normal. Sabendo que o coef  iciente de

    condutibilidade térmica do alumínio vale 0,5 cal/s cm °C, calcule:a) a intensidade da corrente térmica através da barra, depois de es-

    tabelecido o regime permanente;b) a temperatura numa seção transversal da barra, situada a 40 cm

    da extremidade mais quente. 

    Resolução:

    a) No regime permanente, a corrente térmica é calculada pela Lei de

    Fourier:φ = k A∆θ

      Do enunciado, temos que:

      k = 0,5 cal/s cm °C  A = 5 cm2

      ∆θ = 100 °C – 0 °C = 100 °C   = 50 cm

      Substituindo esses valores na expressão anterior, vem:

    φ = 0,5 · 5 · 10050

      ⇒ φ = 5 cal/s

    b) Sabemos que, no regime permanente ou estacionário, a inten-

    sidade da corrente térmica através da barra é constante; assim,temos:

    θ = ?

    0 °C100 ºC

    10 cm40 cm

    φ = kA (100 – )40

      ⇒  5 =0,5 · 5 · (100– )

    40  ⇒   = 20 °C

    13   (Unama-AM) A f  igura a seguir apresenta uma barra de chum-

    bo de comprimento 40 cm e área de seção transversal 10 cm 2  iso-lada com cortiça; um termômetro f  ixo na barra calibrado na escala

    Fahrenheit, e dois dispositivos A e B que proporcionam, nas extre-midades da barra, as temperaturas correspondentes aos pontos do

    vapor e do gelo, sob pressão nor mal, respectivamente. Consideran-

    do a intensidade da corrente térmica constante ao longo da barra,determine a temperatura registrada no termômetro, sabendo que

    ele se encontra a 32 cm do dispositivo A. Dado: coef  iciente de con-

    dutibilidade térmica do chumbo = 8,2 · 10–2 · cal cmcm2 °C s

    Cortiça

    BA

    Resolução:

    O fluxo de calor através da barra é constante, assim os fluxos através

    das partes anterior e posterior ao termômetro são iguais:

    φ1 = φ2  ⇒  k A ∆θ1

    L1

     = k A ∆θ2L2

      ⇒  (212 – θ)32  = (θ – 32)8

    4(θ – 32) = (212 – θ) ⇒ 4θ – 128 = 212 – θ ⇒ 5θ = 340 ⇒  θ = 68 °F

    Resposta: 68 °F

    14   (Mack-SP) Para determinarmos o fluxo de calor por condução

    através de uma placa homogênea e de espessura constante, em re-

    gime estacionário, utilizamos a Lei de Fourier φ = kA(θ

    1 – θ

    2)

    e.

    A constante de proporcionalidade que aparece nessa lei matemática

    depende da natureza do material e se denomina Coeficiente de Con-

    dutibilidade Térmica. Trabalhando com as unidades do SI, temos, para oalumínio, por exemplo, um coeficiente de condutibilidade térmica iguala 2,09 · 102. Se desejarmos expressar essa constante, referente ao alumí-

    nio, com sua respectiva unidade de medida, teremos:a) 2,09 · 102 cal/s

    b) 2,09 · 102 cal/s cm °Cc) 2,09 · 102 J/s

    d) 2,09 · 102 J/s m K 

    e) 2,09 · 102 J/K 

    Resolução:

    No SI, a unidade de fluxo de calor é dado por:

    [φ] =[Q]

    [∆t] =

    J

    sAssim, na lei de Fourier, temos:

    Js

     = [k]m2  K (ou °C)

    m

    Portanto:

    [k] = Jm s K 

    Resposta: d

    15   Na f  igura a seguir, você observa uma placa de alumínio que foi

    utilizada para separar o interior de um forno, cuja temperatura manti-

    nha-se estável a 220 °C, e o meio ambiente (20 °C).Após atingido o regime estacionário, qual a intensidade da corrente

    térmica através dessa chapa metálica?

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    17Tópico 2 – O calor e sua propagação

    Suponha que o fluxo ocorra através da face de área maior.Dado: coef  iciente de condutibilidade térmica doalumínio = 0,50 cal/s cm °C

    1,5 m

    2,0 m0,50 m

    Resolução:

    Usando-se a Lei de Fourier, temos:

    φ = K A ∆θ

    Assim:

    φ =0,50 · (150 · 200) · (220 – 20)

    50

    φ = 6,0 · 104 cal/s

    Resposta: 6,0 · 104 cal/s

    1 6 E. R.   Três barras cilíndricas idênticas em comprimento e sec-ção são ligadas formando uma única barra, cujas extremidades sãomantidas a 0 °C e 100 °C. A partir da extremidade mais fria, as condu-tibilidades térmicas dos materiais das barras valem:

    (0,20), (0,50) e (1,0)kcal m

    h m2 °C

    Supondo que em volta das barras exista um isolamento de vidro edesprezando quaisquer perdas de calor, calcule a temperatura nas

     junções onde uma barra é ligada à outra.

    Resolução:

    C B A

    0 °C100 °C

    θ2 = ?   θ

    1 = ?

    k A = 0,20

    kcal m

    h m2

     °C

      k B = 0,50

    kcal m

    h m2

     °C

      k C = 1,0

    kcal m

    h m2

     °CNo regime permanente, o fluxo de calor através das barras será omesmo e permanecerá constante; portanto, podemos escrever:

    φ = k A 

    AA(θ

    1 – 0)

    A

     = k B 

    AB(θ

    2 – θ

    1)

    B

     = k C 

    AC(100 – θ

    2)

    C

    Mas AA  = A

    B  = A

    C  e

    A  =

    B  =

    C.

    Logo:

    k A(θ

    1 – 0) = k 

    B(θ

    2 – θ

    1) = k 

    C(100 – θ

    2)

    Desmembrando, temos:

    k A(θ

    1 – 0) = k 

    C(100 – θ

    2)

    k A(θ

    1 – 0) = k 

    B(θ

    2 – θ

    1)

    Substituindo os valores conhecidos, temos:

    0,20θ1  = 1,0(100 – θ

    2) (I)

    0,20θ1  = 0,50(θ

    2 – θ

    1) (II)

    De (II), temos:  0,20θ

    1 = 0,50θ

    2 – 0,50θ

    1

      0,70θ1 = 0,50θ

    2 ⇒ θ

    2 =

    0,700,50

      θ1

      θ2 = 1,4θ

    1  (III)

    Substituindo (III) em (I), temos:

    0,20θ1 = 100 – 1,4θ

    1 ⇒ 1,6θ

    1 = 100

    θ1 = 62,5 °C

    Voltando em (III), resulta:

    θ2 = 1,4(62,5) ⇒ θ

    2 = 87,5 °C

    17   Uma barra de alumínio de 50 cm de comprimento e área desecção transversal 5 cm2  tem uma de suas extremidades em contatotérmico com uma câmara de vapor de água em ebulição.A outra extremidade da barra está imersa em uma cuba que contémuma mistura bifásica de gelo e água em equilíbrio térmico. A pressãoatmosférica é normal. Sabe-se que o coef  iciente de condutibilidadetérmica do alumínio vale 0,5 cal cm/s cm2 °C.

    Vapor

    Vapor

    Lã de vidro Gelo e água

    Qual a temperatura da secção transversal da barra, situada a 40 cm daextremidade mais fria?

    Resolução:

    No regime estacionário, temos:

    φ1 = φ

    2  ⇒ 

    k A ∆θ1

    L1

     =k A ∆θ

    2

    L2

      ⇒ (100 – θ)

    10 =

    (θ – 0)40

    θ = 4(100 – θ) ⇒ θ = 400 – 4θ  ⇒ 5θ = 400 ⇒ θ = 80 °C

    Resposta: 80 °C

    18   Uma barra metálica é aquecida conforme a figura; A, B e C sãotermômetros. Admita a condução de calor em regime estacionário eno sentido longitudinal da barra. Quando os termômetros das extre-midades indicarem 200 °C e 80°C, o intermediário indicará:

    A C B

    80 cm

    30 cm

    a) 195 °C. d) 125 °C.b) 175 °C. e) 100 °C.c) 140 °C.

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    18 PARTE I – TERMOLOGIA

    Resolução:

    No regime estacionário, temos:

    φAC

     = φCB

      ⇒ k A (θ

    A – θ

    C)

    80 – 30 =

    k A (θC – θ

    B)

    30

    (200 – θC)

    50 =

    (θC – 80)

    30

    5θC – 400 = 600 – 3θ

    C  ⇒  8θ

    C  = 1 000 ⇒ θ

    C = 125 °C

    Resposta: d

    19   A condutividade térmica do cobre é aproximadamente quatrovezes maior que a do latão. Duas placas, uma de cobre e outra de latão,com 100 cm2 de área e 2,0 cm de espessura, são justapostas como ilus-tra a figura dada abaixo.Considerando-se que as faces externas do conjunto sejam mantidasa 0 °C e 100 °C, qual será a temperatura na interface da separação dasplacas quando for atingido o regime estacionário?

    2 cm

    100 °C 0 °C

    Latão

    2 cm

    100 cm2

    Cobre

    Resolução:

    No regime estacionário, temos:

    φ1 = φ

    2

    k 1 A (100 – θ)

    2 =

    k 2 A (θ – 0)

    4(100 – θ) = θ  ⇒  400 – 40 = θ  ⇒  400 = 5θ

    θ = 80 °C

    Resposta: 80 °C

    20   Em cada uma das situações descritas a seguir você deve reco-nhecer o processo de transmissão de calor envolvido: condução, con-vecção ou radiação.  I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas para

    facilitar a ida da energia térmica até o congelador por (...). II. O único processo de transmissão de calor que pode ocorrer no vá-

    cuo é a (...). III. Numa garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de

    vidro para evitar que o calor saia ou entre por (...).Na ordem, os processos de transmissão de calor que você usou parapreencher as lacunas são:a) condução, convecção e radiação;b) radiação, condução e convecção;

    c) condução, radiação e convecção;d) convecção, condução e radiação;e) convecção, radiação e condução.

    Resolução:

    I – Convecção

      As grades vazadas facilitam a subida do ar quente até o congeladore a descida do ar frio até os alimentos que devem ser resfriados.

    II – Radiação

      Na radiação, a energia térmica se propaga em ondas eletromagné-ticas, principalmente em forma de radiações infravermelhas.

    III – Condução

      Na condução, a energia térmica passa de uma partícula para outrado meio. Assim, é imprescindível que exista em meio material paraque ela ocorra.

    Resposta: e

    21   Usando o seus conhecimentos de transmissão de calor, analiseas proposições e indique a que você acha correta.a) A condução térmica é a propagação do calor de uma região para

    outra com deslocamento do material aquecido.

    b) A convecção térmica é a propagação de calor que pode ocorrer emqualquer meio, inclusive no vácuo.c) A radiação térmica é a propagação de energia por meio de ondas

    eletromagnéticas e ocorre exclusivamente nos fluidos.d) A transmissão do calor, qualquer que seja o processo, sempre ocor-

    re, naturalmente, de um ambiente de maior temperatura para ou-tro de menor temperatura.

    e) As correntes ascendentes e descendentes na convecção térmica deum fluido são motivadas pela igualdade de suas densidades.

    Resolução:

    O fluxo espontâneo da energia térmica se processa de um local demaior temperatura para outro de menor temperatura.

    Resposta: d

    22   (Unicentro) Analise as afirmações dadas a seguir e dê como res-posta o somatório correspondente às corretas.(01) As três formas de propagação do calor são: condução, convecção

    e radiação.(02) A radiação se processa apenas no vácuo.(04) A condução precisa de um meio material para se processar.(08) A convecção ocorre apenas no vácuo.(16) A convecção ocorre também no vácuo.

    Resolução:

    (01) Correta.

    (02) Incorreta.A radiação ocorre no vácuo e em meios materiais transparentes a essasondas.(04) Correta.(08) Incorreta.(16) Incorreta.

    Resposta: 05

    23   (Ufes) Ao colocar a mão sob um ferro elétrico quente, sem to-car na sua superfície, sentimos a mão “queimar”. Isso ocorre porquea transmissão de calor entre o ferro elétrico e a mão se deu principal-mente através de:

    a) radiação. d) condução e convecção.b) condução. e) convecção e radiação.c) convecção.

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    6/13

    19Tópico 2 – O calor e sua propagação

    Resolução:

    Essa energia térmica propaga-se até a mão, principalmente em formade ondas eletromagnéticas. Assim, o processo pelo qual ocorreu atransmissão de calor é a radiação.

    Resposta: a

    24   (UFRN) Matilde é uma estudante de Arquitetura que vai fazero seu primeiro projeto: um prédio a ser construído em Natal (RN). Elaprecisa prever a localização de um aparelho de ar-condicionado parauma sala e, por ter estudado pouco Termodinâmica, está em dúvida sedeve colocar o aparelho próximo do teto ou do piso.Ajude Matilde, dando-lhe uma sugestão sobre a escolha que ela devefazer nesse caso. (Justifique a sua sugestão.)

    Resolução:

    Matilde deve colocar o aparelho de ar-condicionado na parede, próxi-mo ao teto. O ar frio lançado pelo aparelho na sala deve descer e o arquente, que está embaixo, subir.

    Resposta: Na parte superior da parede.

    25   (UFBA) O vidro espelhado e o vácuo existente entre as paredesde uma garrafa térmica ajudam a conservar a temperatura da substân-cia colocada no seu interior.Isso ocorre porque:(01) a radiação térmica não se propaga no vácuo.(02) o vidro é um bom isolante térmico.(04) as paredes espelhadas minimizam a perda de energia por con-

    dução.(08) o vácuo entre as paredes evita que haja propagação de calor por

    condução e por convecção.

    (16) a radiação térmica sofre reflexão total na interface da substânciacom o vidro espelhado.

    (32) fechando bem a garrafa, não haverá trocas de calor com o meioexterno através da convecção.

    Dê como resposta o somatório dos números correspondentes àsaf  irmativas corretas.

    Resolução:

    (01) Incorreta.

    (02) Correta.(04) Incorreta – Superfícies espelhadas minimizam a perda de ener-

    gia térmica por radiação. As paredes espelhadas refletem ondaseletromagnéticas.

    (08) Incorreta – O vácuo apenas impede a condução. Para que haja

    perdas de calor por convecção, é necessário que o sistema tro-que partículas com o meio externo.

    (16) Correta.

    (32) Correta.

    Resposta: 50

    26   Na praia, você já deve ter notado que, durante o dia, a areia es-quenta mais rápido que a água do mar e, durante a noite, a areia esfriamais rápido que a água do mar. Isso ocorre porque o calor específ  icoda água é maior que o da areia (a água precisa receber mais calor, porunidade de massa, para sofrer o mesmo aquecimento da areia). Essefato explica a existência da brisa:

    a) do mar para a praia, à noite; d) sempre do mar para a praia;b) da praia para o mar, durante o dia; e) sempre da praia para o mar.c) do mar para a praia, durante o dia;

    Resolução:

    Durante o dia, a brisa sopra do mar para a terra. Durante a noite, a brisasopra da terra para o mar.

    Resposta: c

    27   (UFV-MG) Um resistor R é colocado dentro de um recipiente deparede metálica – no qual é feito vácuo – que possui um termômetroincrustado em sua parede externa. Para ligar o resistor a uma fonte ex-terna ao recipiente, foi utilizado um f  io, com isolamento térmico, queimpede a transferência de calor para as paredes do recipiente. Essa si-tuação encontra-se ilustrada na figura abaixo.

    Vácuo

    R

    + –

    Metal

    Termômetro

    Ligando o resistor, nota-se que a temperatura indicada pelo termôme-tro aumenta, mostrando que há transferência de calor entre o resistor eo termômetro. Pode-se af  irmar que os processos responsáveis por essatransferência de calor, na ordem correta, são:a) primeiro convecção e depois radiação.b) primeiro convecção e depois condução.c) primeiro radiação e depois convecção.d) primeiro radiação e depois condução.e) primeiro condução e depois convecção.

    Resolução:Na região de vácuo, a energia térmica propaga-se por radiação. Atra-vés do metal (meio sólido), o calor propaga-se por condução.

    Resposta: d

    28   (UFMG) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizadaem sistemas de aquecimento de água.Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor deenergia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reser-vatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostradonesta figura:

    Reservatório

    Coletor de energia solar

    No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligadospor vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra nocoletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção.

    Nas quatro alternativas, estão representadas algumas formas de seconectar o reservatório ao coletor. As setas indicam o sentido de cir-culação da água.

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    7/13

    20 PARTE I – TERMOLOGIA

    Indique a alternativa em que estão corretamente  representados osentido da circulação da água e a forma mais eficiente para se aquecertoda a água do reservatório.

    Reservatório

    Coletor

    Reservatório

    Coletor

    Reservatório

    a) c)

    b)   d)

    Coletor

    Reservatório

    Coletor

    Resolução:

    A água quente sobe (é menos densa) e a água fria desce (é mais densa).A convecção ocorre devido ao campo gravitacional da Terra.

    Resposta: d

    29   Na cidade de São Paulo, em dias de muito frio é possível obser-var o fenômeno conhecido como inversão térmica, que provoca umaumento considerável nos índices de poluição do ar (tem-se a impres-são de que os gases poluentes não conseguem subir para se disper-sar). Nos dias quentes ocorre o oposto, os gases poluentes sobem e sãodispersados pelas correntes de ar. Esse processo de movimentação demassas gasosas, a temperaturas diferentes, ocorre devido à:a) elevação da pressão atmosférica. d) condução térmica.b) convecção térmica. e) criogeniac) radiação térmica.

    Resolução:Nos dias quentes, o ar que se encontra próximo ao solo é mais quenteque o ar de camadas superiores. Assim, ocorre a convecção térmica.Nos dias frios, o ar próximo ao solo pode estar a temperaturas menoresdo que o ar das camadas superiores. Assim, não ocorre convecção tér-mica, não dispersando os poluentes.

    Resposta: b

    30   Ao contrário do que se pensa, a garrafa térmica não foi criadaoriginalmente para manter o café quente. Esse recipiente foi inventadopelo físico e químico inglês James Dewar (1842–1923) para conservarsubstâncias biológicas em bom estado, mantendo-as a temperaturas

    estáveis. Usando a observação do físico italiano Evangelista Torricelli(1608–1647), que descobriu ser o vácuo um bom isolante térmico,Dewar criou uma garrafa de paredes duplas de vidro que, ao ser lacra-

    da, mantinha vácuo entre elas. Para retardar ainda mais a alteração detemperatura no interior da garrafa, ele espelhou as paredes, tanto nasfaces externas como nas faces internas. Dewar nunca patenteou suainvenção, que considerava um presente à Ciência. Coube ao alemãoReinhold Burger, um fabricante de vidros, diminuir o seu tamanho, lan-

    çando-a no mercado em 1903.

    Tampa

    Vácuo

    Parede duplade vidro espelhado

    Líquido emtemperatura

    diferente da domeio externo

    A respeito do texto acima, indique a alternativa correta.a) Na garrafa térmica, o vácuo existente entre as paredes duplas de

    vidro tem a f  inalidade de evitar trocas de calor por convecção.b) As paredes espelhadas devem evitar que as ondas de calor saiam

    ou entrem por condução.c) Apesar de o texto não se referir ao fato de que a garrafa deve per-

    manecer bem fechada, isso deve ocorrer para evitar perdas de calorpor convecção.

    d) O vácuo existente no interior das paredes duplas de vidro vai evitar

    perdas de calor por radiação.e) As paredes espelhadas não têm função nas trocas de calor; foram

    apenas uma tentativa de tornar o produto mais agradável às pes-soas que pretendessem comprá-lo.

    Resolução:

    a) Incorreta. O vácuo tem a f  inalidade de impedir a transferência decalor por condução.

    b) Incorreta. As paredes espelhadas refletem as radiações eletromag-néticas (principalmente o infravermelho), impedindo trocas deenergia por radiação.

    c) Correta.d) Incorreta. A radiação é o único processo de transmissão de calor

    que pode ocorrer no vácuo.e) Incorreta.

    Resposta: c

    31   Analisando uma geladeira doméstica, podemos afirmar:  I. O congelador f  ica na parte superior para favorecer a condução do

    calor que sai dos alimentos e vai até ele.  II. As prateleiras são grades vazadas (e não chapas inteiriças), para

    permitir a livre convecção das massas de ar quentes e frias no inte-rior da geladeira.

     III. A energia térmica que sai dos alimentos chega até o congelador,principalmente, por radiação.

     IV. As paredes das geladeiras normalmente são intercaladas commaterial isolante, com o objetivo de evitar a entrada de calor porcondução.

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    8/13

    21Tópico 2 – O calor e sua propagação

    Quais são as afirmativas corretas?a) Apenas a af  irmativa I.b) Apenas as afirmativas I, II e III.c) Apenas as af  irmativas I e III.d) Apenas as af  irmativas II e IV.

    e) Todas as af  irmativas.

    Resolução:

    I. Incorreta – O congelador f  ica na parte superior para favorecer aconvecção do ar quente.

    II. Correta.

    III. Incorreta – A energia térmica sai dos alimentos e chega ao conge-lador, principalmente, por convecção.

    IV. Correta.

    Resposta: d

    32   (Enem) A refrigeração e o congelamento de alimentos são res-

    ponsáveis por uma parte significativa do consumo de energia elétricanuma residência típica.Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser toma-dos alguns cuidados operacionais:

      I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios en-tre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do arquente para cima.

     II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa degelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca decalor no congelador.

     III. Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente, paraque a gordura e a poeira que nele se depositam não reduzam atransferência de calor para o ambiente.

    Para uma geladeira tradicional, é correto indicar, apenas,a) a operação I. d) as operações I e III.b) a operação II. e) as operações II e III.c) as operações I e II.

    Resolução:

    I. Correta – O resfriamento dos alimentos ocorre principalmente de-

    vido à convecção do ar que circula no interior da geladeira. O ar

    quente (menos denso) sobe até o congelador, e o ar frio (mais den-

    so) desce até os alimentos. Deixando espaços vazios, a convecção

    do ar é facilitada.

    II. Incorreta – O gelo que se forma na parede do congelador funcio-

    na como material isolante, dif  icultando as trocas de calor com o ar

    aquecido pelos alimentos.III. Correta – A energia térmica também retirada do interior da gela-

    deira é irradiada para o interior da cozinha através da serpentina

    existente na parte traseira. A poeira e a gordura que, com o tempo,

    são depositadas na grade que fica atrás da geladeira formam uma

    película que dificulta essa irradiação. Assim, a limpeza periódica

    dessa grade levaria à economia de energia.

    Resposta: d

    33   A comunidade científ  ica há tempos anda preocupada com o

    aumento da temperatura média da atmosfera terrestre. Os cientistas

    atribuem esse fenômeno ao chamado efeito estufa, que consiste na

    “retenção” da energia térmica junto ao nosso planeta, como ocorre nasestufas de vidro, que são usadas em locais onde em certas épocas do

    ano a temperatura atinge valores muito baixos. A explicação para esse

    acontecimento é que a atmosfera (com seus gases naturais mais os ga-

    ses poluentes emitidos por automóveis, indústrias, queimadas, vulcões

    etc.) é pouco transparente aos raios solares na faixa:

    a) das ondas de rádio;

    b) das ondas ultravioleta;

    c) das ondas infravermelhas;d) das ondas correspondentes aos raios gama;

    e) das ondas correspondentes aos raios X.

    Resolução:

    A atmosfera poluída faz o papel do vidro nas estufas. Ela é pouco trans-

    parente para os raios solares na faixa do infravermelho (ondas de calor).

    Resposta: c

    34   (Vunesp-SP) Uma estufa para a plantação de flores é feita com

    teto e paredes de vidro comum. Dessa forma, durante o dia, o ambien-

    te interno da estufa é mantido a uma temperatura mais alta do que o

    externo. Isso se dá porque o vidro comum:a) permite a entrada da luz solar, mas não permite a saída dos raios

    ultravioleta emitidos pelas plantas e pelo solo da estufa.

    b) é transparente à luz solar, mas opaco aos raios infravermelhos emi-

    tidos pelas plantas e pelo solo da estufa.

    c) é opaco à luz solar, mas transparente aos raios infravermelhos emi-

    tidos pelas plantas e pelo solo da estufa.

    d) ao ser iluminado pela luz solar, produz calor, aquecendo as

    plantas.

    e) não permite a entrada da luz solar, mas permite a saída dos raios

    ultravioleta, emitidos pelas plantas e pelo solo da estufa.

    Resolução:

    O vidro da estufa é transparente à luz solar e opaco às radiações nafaixa de infravermelho (ondas de calor).

    Resposta: b

    35   (Uepa) A área total das paredes externas de uma geladeira é4,0 m2 e a diferença de temperatura entre o exterior e o interior dageladeira é 25 °C. Se a geladeira tem um revestimento de poliestirenocom 25 mm de espessura, determine a quantidade de calor que fluiatravés das paredes da geladeira durante 1,0 h, em watt-hora. A con-dutividade térmica do revestimento de poliestireno é 0,01 W/(m °C).

    Resolução:

    Usando-se a Lei Fourier, temos:

    φ =Q∆t

     =k A ∆θ

    L

    Q1,0

     = 0,01 · 4,0 · 2525 · 10–3

    Q = 40 Wh

    Resposta: 40 Wh

    36   (Mack-SP) Numa indústria têxtil, desenvolveu-se uma pesquisacom o objetivo de produzir um novo tecido com boas condições deisolamento para a condução térmica. Obteve-se, assim, um material

    adequado para a produção de cobertores de pequena espessura(uniforme). Ao se estabelecer, em regime estacionário, uma diferençade temperatura de 40 °C entre as faces opostas do cobertor, o fluxo

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    9/13

    22 PARTE I – TERMOLOGIA

    de calor por condução é 40 cal/s para cada metro quadrado de área.Sendo k = 0,00010 cal/s cm °C o coef  iciente de condutibilidade tér-mica desse novo material e a massa correspondente a 1,0 m2 igual a0,5 kg, sua densidade é:a) 5,0 · 106 g/cm3. d) 5,0 · 10–1 g/cm3.

    b) 5,0 · 102

     g/cm3

    . e) 5,0 · 10–2

     g/cm3

    .c) 5,0 g/cm3.

    Resolução:

    Usando a Lei de Fourier, temos:

    φ =k A ∆θ

    L

    40 =0,00010 · 1,0 · 104 · 40

    L  ⇒  L = 1,0 cm

    Assim:

    d = mv

     = mA L

      ⇒  d =0,5 · 103

    1,0 · 104 · 1,0

    d = 5,0 · 10–2 g/cm3

    Resposta: e

    37   (Mack-SP) Tem-se três cilindros de secções transversais iguaisde cobre, latão e aço, cujos comprimentos são, respectivamente,46 cm, 13 cm e 12 cm. Soldam-se os cilindros, formando o perf  il em Y,indicado na f  igura. O extremo livre do cilindro de cobre é mantido a100 °C e dos cilindros de latão e aço, a 0 °C. Supor que a superfície la-teral dos cilindros esteja isolada termicamente. As condutividades tér-micas do cobre, latão e aço valem, respectivamente, 0,92, 0,26 e 0,12,expressas em cal cm–1  s–1  °C–1. No regime estacionário de condução,qual a temperatura na junção?

    0 °C

    Aço(12 cm)

    Latão(13 cm)

    0 °C

    100 °C

    Cobre(46 cm)

    Junção

    Resolução:

    φCu

     = φlatão

     + φaço

    k A ∆θL

    Cu

     = k A ∆θL

    latão

     + k A ∆θL

    aço

    0,92 · A(100 – θ)46

     =0,26 · A(θ – 0)

    13 +

    0,12 · A(θ – 0)12

    0,02 · A(100 – θ) = 0,02 · A · θ + 0,01 · A · θ

    2(100 – θ) = 2θ + θ

    200 – 2θ = 3θ

    200 = 5θ

    θ = 40 °C

    Resposta: 40 °C

    38   (Mack-SP) A f  igura I mostra uma barra metálica de secção trans-versal quadrada. Suponha que 10 cal fluam em regime estacionárioatravés da barra, de um extremo para outro, em 2 minutos. Em segui-da, a barra é cortada ao meio no sentido transversal e os dois pedaçossão soldados como representa a f  igura II. O tempo necessário para que

    10 cal fluam entre os extremos da barra assim formada é:

    Figura II

    Figura I

    100 °C

    0 °C

    0 °C 100 °C

    a) 4 minutos. d) 1 minuto.b) 3 minutos. e) 0,5 minuto.c) 2 minutos.

    Resolução:

    Na figura I:

    φ =Q

    ∆t1

     =k A ∆θ

    L  ⇒  Q =

    k A ∆θL

      (2) (I)

    Na figura II:

    φ =Q

    ∆t2

     = k 2A∆θ

    L2

      ⇒  Q =4 · k A ∆θ

    L  ∆t

    2  (II)

    Igualando-se (I) e (II), vem:k 4 A ∆θ

    L · ∆t

    2  =

    k A ∆θL

      (2)

    4 ∆t2 = 2 ⇒ ∆t

    2 = 0,5 min

    Resposta: e

    39   Numa sauna, para separar a sala de banho do escritório, usou-seuma parede de tijolos com 12 cm de espessura. A parede foi revestidado lado mais quente com uma camada de madeira com 6 cm de es-pessura e, do lado mais frio, com uma camada de cortiça com 3 cm deespessura. A temperatura da sauna é mantida a 70 °C, enquanto a do

    ambiente do escritório, a 20 °C. Determine as temperaturas nos pontosde separação madeira/tijolo e tijolo/cortiça, após ser estabelecido oregime permanente.Dados:  k 

    madeira = 2 · 10–4 cal/s cm °C;

      k tijolo

    = 15 · 10–4 cal/s cm °C;  k 

    cortiça = 1 · 10–4 cal/s cm °C.

    Resolução:

    No regime estacionário, vale:

    φmadeira

     = φtijolo

     = φcortiça

    k A ∆θL

    madeira

     = k A ∆θL

    tijolo

     = k A ∆θL

    cortiça

    Sendo θ1 a temperatura do ponto de separação madeira/tijolo e θ

    2 a

    temperatura do ponto tijolo/cortiça, temos:

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    10/13

    23Tópico 2 – O calor e sua propagação

    2 · 10–4 · A(70 – θ1)

    6 =

    15 · 10–4 · A(θ1 – θ

    2)

    12 =

    1· 10–4 · A(θ2 – 20)

    3

    Assim:

    2 · 10–4 · A(70 – θ1)

    6

     =15 · 10–4 · A(θ

    1 – θ

    2)

    12

      ⇒  θ1 =

    15θ2 + 280

    19

      (I)

    15 · 10–4 · A(θ1 – θ

    2)

    12 =

    1 · 10–4 · A(θ2 – 20)

    3  ⇒  θ

    1 =

    19θ2 – 80

    15  (II)

    Igualando-se (I) e (II), vem:

    15θ2 + 280

    19 =

    19θ2 – 80

    15  ⇒ θ2  42 °C

    Em I, temos:

    θ1 =

    15(42) + 280

    19  ⇒ θ1  48 °C

    Respostas: 42 °C e 48 °C

    40   (IMS-SP)

    Terra quente Terra fria

    Dia Noite

    Mar frio Mar quente

    Na região litorânea, durante o dia sopra a brisa marítima, à noite sopra

    a brisa terrestre. Essa inversão ocorre porque:a) o ar aquecido em contato com a terra sobe e produz uma região de

    baixa pressão, aspirando o ar que está sobre o mar, criando assimcorrentes de convecção e, à noite, ao perder calor, a terra se resfriamais do que o mar, invertendo o processo.

    b) o mar não conserva temperatura e, enquanto está em movimento,faz deslocar a brisa para a terra.

    c) o ar aquecido em contato com a terra sobe e produz uma região dealta pressão, resultando em uma diminuição da temperatura do arque vem do mar por condução.

    d) a terra aquece-se durante a noite e faz com que o mar se aqueçatambém, movimentando as correntes terrestres.

    e) a terra e o mar interagem, pois o calor específ  ico da terra, sendo

    muito maior que o da água, não permite que ela (terra) se resfriemais rápido que o mar, permitindo, assim, que se formem corren-tes de convecção, que são responsáveis pelas brisas marítimas eterrestres.

    Resolução:

    O processo descrito envolvendo deslocamentos das massas de ar, pro-vocados por diferenças de densidade (ar frio mais denso e ar quentemenos denso), traduz o fenômeno denominado convecção térmica.A água tem calor específ  ico maior que o da areia, o que signif  ica que,para a mesma variação de temperatura, necessita de maior troca decalor. Isso explica o fato de a água, durante o dia, demorar mais para seaquecer (a areia fica mais quente que a água) e, durante a noite, demo-rar mais para se resfriar (a água f  ica mais quente que a areia).

    Resposta: a

    41   (Uepa) O efeito estufa é um fenômeno natural, característico deplanetas onde existe atmosfera. Ele acontece na atmosfera da Terrae também na de Vênus, onde o efeito é muito acentuado e a tempe-ratura alcança valores de cerca de 460 °C. Embora importante para amanutenção da vida no planeta, hoje é uma preocupação para muitos

    ambientalistas e cientistas. Com base em seus conhecimentos sobre oefeito estufa, analise as seguintes af  irmativas:  I. Existem materiais, como o vidro, que permitem a passagem de luz,

    mas dificultam a passagem de radiação térmica. Numa estufa comcobertura de vidro, por exemplo, parte da luz que entra é absorvidapelas plantas. Estas, sendo aquecidas, emitem radiação infraverme-lha, que tem dificuldade para atravessar o vidro e aquece o interiorda estufa. Esse efeito é semelhante ao que acontece na atmosferada Terra, daí o nome “efeito estufa”.

     II. O efeito estufa é importante porque retém o calor na Terra, possi-bilitando a vida de animais e vegetais. Sua intensif  icação é que édanosa, ocasionando o aumento da temperatura do planeta. Comoconsequência disso, dentre outras ocorrências, parte da ilha do Ma-

    rajó poderá ser inundada e os furacões no Caribe poderão ser maisfrequentes e devastadores. III. No efeito estufa, a radiação solar atravessa a atmosfera, parte é

    absorvida pela Terra e parte é refletida. Uma parcela da radiaçãoabsorvida é reemitida na forma de raios ultravioleta (ondas decalor), que têm pequeno comprimento de onda e dos quais umapequena parte é absorvida, principalmente pelo gás carbônico, va-por d’água e metano, nas altas camadas atmosféricas, criando ummanto quente na superfície da Terra.

     IV. Na Lua, não há ocorrência de efeito estufa em virtude de não existiratmosfera. Isso é uma das causas de as temperaturas no nosso satéli-te variarem entre –150 °C durante a noite e 100 °C durante o dia.

    Estão corretas somente as af irmativas:a) I, II e IV. c) I, III e IV. e) II e IV.

    b) I, II e III. d) I e II.

    Resolução:

    I. Correta.II. Correta – Um aquecimento grande na atmosfera pode ocasionar

    derretimento das geleiras, aumento do nível dos mares e de rios.Correntes marítimas também podem alterar suas temperaturas, oque provoca diferenças de pressão na atmosfera, produzindo des-locamento de massas de ar (ciclones, furacões).

    III. Incorreta – As ondas de calor são formadas por radiações infraver-melhas e não ultravioletas.

    IV. Correta.

    Resposta: a

    42   (Cefet-MG) Durante uma aula de Física, três alunas citam exem-plos relacionados ao tema “transmissão de calor”, conforme transcritoabaixo:

    “Garrafas térmicas são úteis para conservar bebidas quentes e frias.Essas garrafas são constituídas de uma ampola de vidro de paredes

    duplas, espelhadas interna e externamente. Entre as paredes de vidro,

    quase todo o ar é retirado. O espelhamento impede trocas de calor

     por radiação e o ar retirado entre as paredes impede trocas de calor por

    radiação e convecção.” (Júlia)

    “Dif  icilmente conseguimos segurar o bulbo de uma lâmpada de f  ila-

    mento que está acesa. O aquecimento do bulbo se dá através da radia-ção que o f ilamento emite quando aquecido.” (Maíra)

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

    11/13

    24 PARTE I – TERMOLOGIA

    “As estufas são utilizadas para cultivar certos tipos de plantas que ne-

    cessitam de um ambiente mais aquecido para se desenvolverem. Geral-

    mente, elas são construídas com uma cobertura de vidro e paredes dealvenaria. Esses materiais são escolhidos porque são maus condutores

    de calor. O vidro é transparente à luz visível e opaco à radiação infraver-

    melha e, junto com a alvenaria, consegue manter a temperatura internada estufa mais elevada do que a do ambiente externo.” (Alice)

    Sobre a declaração das alunas, pode-se afirmar que apenas a de:

    a) Júlia é correta. d) Júlia e a de Maíra são corretas.

    b) Maíra é correta. e) Maíra e a de Alice são corretas.

    c) Alice é correta.

    Resolução:

    Júlia: Incorreta – O erro está em dizer que o vácuo entre as paredesduplas impediria trocas de calor por convecção. Se a ampola está fe-

    chada, não há nem saída nem entrada de partículas de ar.

    Maíra: Correta.

    Alice: Correta – Geralmente, nas estufas, as paredes também são de

    vidro. No entanto, o que foi descrito é correto.

    Resposta: e

    43  O esquema a seguir representa o aparelho de Searle, no qual

    se notam duas câmaras, A e B, por onde circulam fluidos a tempera-

    turas constantes e respectivamente iguais a 100 °C e 0 °C. Duas barras

    metálicas, 1 e 2, de mesma seção transversal, são associadas como se

    indica; as extremidades da associação adentram as câmaras A e B. Os

    comprimentos das barras 1 e 2 valem, respectivamente, 10 cm e 16 cm

    e os coef  icientes de condutibilidade térmica, na mesma ordem, são

    1,0 cal/s cm °C e 0,4 cal/s cm °C.

    1 2 BA

    Lã de vidro

    a) Estabelecido o regime permanente de condução, qual é a tempera-tura na junção da associação das barras?

    b) Construa o gráfico da temperatura ao longo das barras. Considere aorigem do gráfico na extremidade esquerda da barra 1.

    Resolução:

    a) No regime estacionário, temos:

    φ1 = φ

    2  ⇒ 

    k 1  A ∆θ

    1

    L1

     =k 

    2  A ∆θ

    2

    L2

    1,0 (100 – θ)10

     =0,4 (θ – 0)

    16

    4 θ = 1 600 – 16 θ  ⇒ 20 θ = 160° ⇒ θ = 80 °C

    b)

    100

    80

    100 26 3020

    θ (°C)

     (cm)

    Respostas: a) 80 °Cb)

    100

    80

    100 26

    θ (°C)

     (cm)

    44   Três barras, de prata, alumínio e ferro, geometricamente iguais,estão soldadas e envolvidas por um isolante térmico, permitindo um flu-xo de calor entre os recipientes mantidos sob temperatura constante.

    Ag Al

    Isolante térmico100 °C 0 °C

    d d d

    P Q R SX

    Fe

    Sabe-se que as barras metálicas foram colocadas, da esquerda para adireita, na ordem decrescente das condutividades térmicas, isto é, aprata é melhor condutora de calor do que o alumínio, que por sua vezé melhor condutor do que o ferro.O diagrama que melhor representa a variação da temperatura (θ) emfunção da posição (x) é:

    P

    θ

    Q R S

    c)

    P Q R S

    θ

    a)

    x

    θ

    P   x

    x x

    xQ R S

    b)

    θ

    P Q R S

    d)

    θ

    P Q R S

    e)

    Resolução:

    No gráfico, podemos observar que:

    θ (°C)

    α

    ∆θ

    tg α =∆θL

     =φ

    k A

    A declividade (o ângulo ) é inversamente proporcional à condutivi-dade térmica k , do material. Assim, para maior k , vamos ter menor e,para k , vamos ter maior .

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    25Tópico 2 – O calor e sua propagação

    θ (°C)

    α1

    α2

    α3

    PQ R S  

    α1 < α

    2 < α

    3

    Resposta: b

    45  Uma forma experimental para medir a condutividade térmi-ca de um material usado como isolante é construir uma caixa comesse material. No seu interior, é colocado um aquecedor elétrico depotência conhecida que mantém a temperatura interna superior à

    externa.

    Suponha que foi construída uma caixa com determinado materialisolante. A área total externa tem 4,0 m2  e a espessura das pare-des é de 5,0 mm. O aquecedor elétrico desenvolve uma potênciaconstante de 300 W, mantendo a temperatura interna da caixa50 °C acima da temperatura externa. Desprezando possíveis efeitos

    de bordas, determine o coef  iciente de condutividade térmica domaterial em questão.Se essa caixa fosse cúbica, qual seria o fluxo de calor através de umade suas faces?

    Resolução:

    φ =Q∆t

     =k A ∆θ

    L

    Mas:Q∆t

     = Pot

    Portanto:

    Pot = k A ∆θL

      ⇒  k = Pot LA ∆θ

    k = 300 W 5 · 10–3 m

    4 m2 · 50 °C  ⇒ k = 7,5 · 10–3 W/m °C

    Se a caixa fosse cúbica, ela teria seis faces iguais. Em uma das faces, ofluxo de calor seria a sexta parte do fluxo total:

    φ1 = Pot

    6 = 300 W

    6  ⇒ φ1 = 50 W

    Respostas: 7,5 · 10–3 W/m °C; 50 W

    46   Uma massa m de água e um bloco metálico de massa M  sãoaquecidos em um laboratório durante um intervalo de tempo ∆t, am-bos sofrendo a mesma variação de temperatura ∆. Usando-se a mes-ma fonte térmica, com a mesma potência, dentro de um elevador emqueda livre, a mesma água precisou de um intervalo de tempo ∆t

    A e o

    mesmo bloco metálico precisou de um intervalo de tempo ∆tB para so-

    frerem a mesma variação de temperatura ∆. Se as demais condiçõesnão se alterarem, é verdade que:

    a) ∆t = ∆tB < ∆t

    A. d) ∆t = ∆t

    A = ∆t

    B.

    b) ∆t < ∆tA

     = ∆tB

    . e) ∆t < ∆tA

     < ∆tB

    .

    c) ∆t > ∆tA = ∆t

    B.

    Resolução:

    No interior de um elevador em queda livre, a gravidade aparente é nula(gravidade zero).Nessas condições, não ocorre convecção, a água se aquece apenas porcondução. Como a água não é boa condutora de calor, temos:

    ∆tA  ∆t

    No metal, não muda nada, o aquecimento ocorre apenas por con-dução:

    ∆tB = ∆t

    Portanto:

    ∆t = ∆tB  ∆tA

    Resposta: a

    47   Um vestibulando estava na cozinha de sua casa quando resol-veu realizar uma experiência de trocas de calor que seu professor deFísica havia proposto. Para tanto, utilizou um caldeirão, uma garrafade vidro, água e sal. Colocou água no caldeirão e no interior da gar-rafa de vidro. O caldeirão foi colocado sobre a chama do fogão e agarrafa, que estava aberta, teve seu gargalo preso a um barbante,que, esticado, a mantinha afastada do fundo do caldeirão, porémmergulhada na água.Após alguns minutos, ele observou que a água do caldeirão entrou emebulição (a 100 °C), mas a água do interior da garrafa (que tambémestava a 100 °C) não fervia. Esperou mais alguns minutos e colocou umpunhado de sal na água do caldeirão; pouco tempo depois, notou quea água no interior da garrafa entrava em ebulição.a) Por que, mesmo estando a 100 °C, a água da garrafa não fervia?b) O que ocorre com a temperatura de ebulição da água quando

    acrescentamos sal?c) Por que, depois de ser acrescentado sal à água do caldeirão, a água

    do interior da garrafa também entrou em ebulição?

    Resolução:

    a) O fluxo de calor através de uma “parede” é dado pela Lei deFourier:

    φ = Q∆t

     = k A ∆θL

    Quando a diferença de temperatura entre os meios que a referi-da “parede” separa é nula (∆θ = 0), não há fluxo de calor. Assim,apesar de a água da garrafa estar a 100 °C (temperatura de ebu-lição), ela não recebe mais calor, não podendo, então, entrar emebulição.

    b) O sal aumenta a temperatura de ebulição da água do caldeirão.c) Com sal, a água do caldeirão ferve a mais de 100 °C. Assim, have-

    rá uma diferença de temperatura entre a água do caldeirão e a dagarrafa (que está a 100 °C). Esse fluxo de calor que se estabeleceprovoca a ebulição da água da garrafa.

    Respostas: a) ∆θ = 0; b) O sal aumenta a temperatura de ebuliçãoda água. c) ∆θ ≠ 0

  • 8/17/2019 Termologia 2 - Questões Resolvidas (1)

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    26 PARTE I – TERMOLOGIA

    48   (Enem) A padronização insuf  iciente e a ausência de controlena fabricação podem também resultar em perdas signif  icativas deenergia através das paredes da geladeira. Essas perdas, em função daespessura das paredes, para geladeiras e condições de uso típicas, sãoapresentadas na tabela.

    Espessura das paredes (cm) Perda térmica mensal (kWh)

    2 65

    4 35

    6 25

    10 15

    Considerando uma família típica, com consumo médio mensal de200 kWh, a perda térmica pelas paredes de uma geladeira com 4 cm deespessura, relativamente a outra de 10 cm, corresponde a uma porcen-tagem do consumo total de eletricidade da ordem de:

    a) 30%. c) 10%. e) 1%.b) 20%. d) 5%.

    Resolução:

    Para a geladeira com paredes de 4 cm, temos:

    200 kWh →  100%

    35 kWh →  x1%

    x1 = 35 · 100

    200 %

    x1 = 17,5%

    Para a geladeira com parede de 10 cm, temos:

    200 kWh →  100%

    15 kWh →  x2%

    x2 = 15 · 100

    200 %

    x2 = 7,5%

    Assim, a relação pedida é dada por:

    ∆x = x1 – x

    ∆x = 17,5 – 7,5

    ∆x = 10%

    Resposta: c