Prova TRIMESTRAL DE FÍSICA Nome: _________________________________________________ 3O ANO Nº ____ E. MÉDIO RS E Professor (a): Peixinho Data: __/__/2012 NOTA: Objetivos: 1. Avaliar, de forma objetiva e de acordo com as exigências dos principais vestibulares do país, a assimilação da matéria trabalhada em sala de aula durante o primeiro trimestre de aula; 2. Verificar a capacidade do aluno em aplicar os conceitos aprendidos; 1. (Unesp-1,00) Um estudante, no laboratório, deveria aquecer uma certa quantidade de água desde 25 °C até 70 °C. Depois de iniciada a experiência ele quebrou o termômetro de escala Celsius e teve de continuá-la com outro de escala Fahrenheit. Em que posição do novo termômetro ele deve ter parado o aquecimento? RESOLUÇÃO: Ele deve ter parado o aquecimento quando, na escala fahrenheit, ele atingiu a temperatura o correspondente aos 70 C. C 5 F 32 9 70 F 32 5 9 F 158o F ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------2. (Unesp-1,00) Sob pressão constante, eleva-se a temperatura de certa massa de gelo, inicialmente a 253 K, por meio de transferência de calor a taxa constante, até que se obtenha água a 293 K. A partir do gráfico responda: a) Qual é o maior calor específico? É o do gelo ou da água? Justifique. RESOLUÇÃO: Pelo gráfico observamos que é necessário maior quantidade de calor para a água obter a mesma variação de temperatura que o gelo, logo, seu calor específico sensível é maior. b) Por que a temperatura permanece constante em 273 K, durante parte do tempo? (Descarte a hipótese de perda de calor para o ambiente). RESOLUÇÃO: o 273 K corresponde a 0 C e essa é a temperatura de fusão do gelo à pressão normal. Durante a fusão (mudança de estado) não ocorre variação de temperatura e isso pode ser observado no gráfico entre 3 3 os instantes 2.10 segundos e 5.10 segundos. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------3. (Puc-rio-1,00) Uma quantidade m de água a 90 °C é misturada a 1,0 kg de água a 30 °C. A mistura entra em equilíbrio está a 45 °C. Determine a quantidade m, em kg. RESOLUÇÃO: É um problema de balanço energético: Q1 Q2 0 m 1 (45 90) 1000 1 (45 30) 0 Resposta: m = 0,33kg m c1 1 m 2 c2 2 0 m (45) 15000 0 m 333,33g 0,33kg 4. (Cesgranrio-1,00) Num determinado equipamento industrial, um líquido de calor específico 0,50 cal/g.°C, entra a 20 °C e sai a 80 °C. Sabendo-se que a vazão desse líquido no equipamento é de 50 kg/min, determine a potência térmica em kcal/min. RESOLUÇÃO: A cada minuto passa pelo equipamento m = 50kg; logo, por minuto, são fornecidos ao líquido quantidade de calor igual a: Q m c Pot 1500kcal 1 min uto Q 50.000 0,5 (80 20) Pot 1500 Q 1.500.000cal 1.500kcal kcal min ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------5. (UFMT-1,00) Julgue os itens a seguir, colocando V se verdadeiro e F se falso. ( F ) Os bons absorventes de energia radiante são bons emissores, mas os maus absorventes podem ser bons emissores. ( V ) O corpo negro é o melhor radiador, ou seja, o radiador perfeito. ( F ) A energia radiante altera a temperatura do espaço no qual se propaga. ( V ) A quantidade total de energia radiante emitida por um corpo, na unidade de tempo, é tanto maior quanto maior for a temperatura do corpo. ( F ) Toda energia radiante que incide num corpo se transforma em calor. 6. (Unesp-1,00) Uma garrafa de cerveja e uma lata de cerveja permanecem durante vários dias numa geladeira. Quando se pegam com as mãos desprotegidas a garrafa e a lata, para retirá-las da geladeira, tem-se a impressão de que a lata está mais fria do que a garrafa. É apenas uma impressão ou é real? Explique sua resposta baseando-se nos conceitos apresentados em sala de aula. RESOLUÇÃO: É apenas impressão, pois, estando a garrafa e a lata na geladeira por muitos dias, elas já atingiram a mesma temperatura. A impressão de que a lata está mais fria é porque o coeficiente de condutibilidade térmica da lata é maior do que o da garrafa de vidro. Ao tocarmos à lata, nosso corpo perde calor mais rapidamente através da lata do que através da garrafa, por isso essa impressão. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7. (Unesp-1,00) Têm-se 20g de gelo inicialmente a -20oC. Quer-se convertê-los em água líquida a 40oC. Sendo 0,5cal/goC o calor específico do gelo, 1cal/goC o calor específico da água líquida e 80cal/g o calor latente de fusão do gelo, determine a quantidade de calor total envolvida no processo. RESOLUÇÃO: Q Q g QF Q A Q m g c g g m g L m A c A A Q 20 0,5 (0 20) 20 80 20 1 (40 0) Q 200 1600 800 Q 2600cal 8. (Fuvest-1,00) Duas barras, à mesma temperatura Өo = 18oC, possuem comprimentos iguais a LoA = 5,0 cm e LoB = 30,0 cm. Deseja-se aquecê-las até uma temperatura Ө, de modo que a diferença entre seus comprimentos permaneça sempre igual à diferença inicial que é de 25,0 cm. Para que isso ocorra, quanto deverá ser o valor do coeficiente de dilatação linear da barra B sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear da barra A é 1,8.10-5 oC ? RESOLUÇÃO: Para que a diferença permaneça constante, as duas barras devem sofrer a mesma variação de comprimento (mesma dilatação). L A LB Lo A A A LoB B B 5 1,8 10 5 30 B B 3 10 6 o C 1 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------9. (1,00) Um recipiente de ferro contém, até a borda, 100 cm3 de álcool à temperatura de 20oC. Sendo o coeficiente de dilatação linear do ferro 1,2.10-5 oC-1 e o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool de 1,1.10-3 oC-1, o conjunto (recipiente + álcool) é aquecido até 60oC. Determine o coeficiente de dilatação aparente do álcool. RESOLUÇÃO: Basta lembrarmos da relação: ap L F Substituindo os valores, teremos: ap 1,1 10 3 3 1,2 10 5 ap 1,064 10 3 o C 1 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10. (Enem 2009-1,00) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5oC. Para revender o líquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35oC, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5oC e os revende. Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1x10-3 oC-1, desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre: a) R$ 500,00 e R$ 1.000,00 b) R$ 1.050,00 e R$ 1.250,00 c) R$ 4.000,00 e R$ 5.000,00 d) R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00 * e) R$ 7.000,00 e R$ 7.950,00 RESOLUÇÃO: Compra: Vo 20.000L Valor por litro: R$ 0,50 Valor de compra: 20.000 R$ 0,50 R$10.000,00 Após aquecimento ocorreu uma dilatação volumétrica do álcool, sua dilatação será: V Vo V 20000 10 3 (35 5) V 600L Devido à dilatação ocorrerá um ganho extra, por dia, referente aos 600L, dado por: Lucro extra por dia = 600.R$ 1,60 = R$ 960,00 Lucro extra em uma semana: 7 x R$ 960,00 = R$ 6.720,00 Alternativa correta: d --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- QUESTÕES DE LABORATÓRIO: Enunciado válido para as duas questões de laboratório: Um aluno, no laboratório de Física, realiza o procedimento descrito abaixo para determinar a capacidade térmica de um calorímetro e a potência térmica da fonte de calor utilizada. Procedimento: 1. Inicia colocando 100 mL de água, à temperatura ambiente, no interior do calorímetro; 2. Coloca a tampa e verifica a temperatura inicial da água ( 1 ) registrada pelo termômetro; Valor obtido: 1 = 20oC 3. Aquece, em outro recipiente, 200 mL de água por aproximadamente 3 minutos e mede a nova temperatura 2 . Valor obtido: 2 = 80oC. 4. Retira a tampa do calorímetro e, rapidamente, derrama a água aquecida no seu interior, tampando-o novamente. Agita lentamente o calorímetro para que a troca de calor entre as massas de água possa ser uniforme. 5. Espera algum tempo (aproximadamente 5 min) até que a temperatura de equilíbrio seja atingida e anote esse valor ( e ). Valor obtido: e = 50oC. 1. (Lab-1,00) Com os dados obtidos e considerando o calor específico sensível da água como 1 cal/g.oC, mostre como o aluno pode calcular a capacidade térmica do calorímetro. RESOLUÇÃO: Qc Q f Qq 0 mc cc c m c1 1 m 2 c 2 2 0 C c (50 20) 100 1 (50 20) 200 1 (50 80) 0 C c 30 3000 6000 0 C c 30 3000 6000 0 C c 100 cal o C -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2. (Lab-1,00) Com os dados obtidos e considerando o calor específico sensível da água como 1 cal/g.oC, mostre como o aluno pode calcular a potência térmica da fonte utilizada para aquecer a água cuja temperatura chegou a 80oC RESOLUÇÃO: Pot Q 200 1 (80 20) 12000 t 3 3 Pot 4000 cal s