Escola Secundária de Casquilhos
Exercícios de Física e Química A
11º ANO
10/02/2014
NOME ___________________________________________________ Nº ___ Turma ___
1. Numa instalação solar de aquecimento de água para consumo doméstico, os coletores solares
ocupam uma área total de 6,0 m2.
A temperatura de 200 kg de água contida num depósito, devidamente isolado, aumentou 25ºC,
ao fim de 12 horas.
Sabendo que o rendimento deste sistema é de 14% determine a potencia da radiação solar
absorvida, em média, por unidade de área destes coletores.
A = 6,0 m2
mágua = 200 kg
∆ = 25ºC
cágua = 4,18 x 103 JKg-1K-1
∆t = 12 h = 12 x 60 x 60 = 4,3 x 104 s
 = 14%
I=?
I - intensidade da radiação absorvida  potência da radiação solar
absorvida por unidade de área do coletor.
Edisponível - Energia absorvida pelo coletor e disponível para aquecer a
água.
Eútil - Energia utilizada no aquecimento da água  energia transferida
para a água.

Eútil = m c ∆T
Eútil = 200 x 4,18 x 103 x 25 = 2,09 x 107 J

= 1,49 x 108 J
Wm-2
2. Um bloco de gelo de 2,0 kg encontra-se à temperatura de -5,0 ºC.
2.1. Determine, em kcal, a quantidade de energia necessária para que o gelo funda e a
temperatura final da água seja de 20,0 ºC.
Considere:
cgelo = 2,1 x 103 JKg-1K-1 capacidade térmica do gelo
cágua = 4,18 x 103 JKg-1K-1 capacidade térmica da água
Lfusão = 3,35 x 105 JKg-1 calor latente de fusão do gelo
1 cal = 4,18 J
A energia total fornecida à amostra é a soma de três parcelas: Q1 + Q2 + Q3 = Qtotal em que a
energia correspondente à primeira parcela é responsável pela elevação da temperatura do gelo
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desde -5ºC até 0ºC; a segunda é responsável pela fusão da massa de gelo (a 0ºC e à pressão
de uma atmosfera); e finalmente a terceira é para elevar a massa de gelo fundida desde 0ºC até
à temperatura de equilíbrio (neste caso 20ºC).
As expressões correspondentes são respetivamente:
Q1 = m cgelo ∆T  Q1 = m cgelo (T2-T1)
Q2 = m L f
Q3 = m cágua ∆T  Q3 = m cgelo (T3-T2)
QTotal = 2,0 x 2,1 x 103 (0 + 5) + 2,0 x 3,35 x 105 + 2,0 x 4,18 x 103 (20,0 - 0) = 858 x 103 J
x = 205 kcal.
2.2. Observe o gráfico onde se pretende representar como varia a temperatura do sistema em
função da energia que lhe é fornecida como calor.
Explique o que acontece, a nível microscópico, ao sistema durante o processo acima descrito.
/ºC
D
20,0
B
C
-5,0
E/J
A
Q1 é responsável pelo aumento de temperatura do gelo até este ficar à temperatura de 0ºC. Esta
energia vai provocar um aumento da energia cinética das moléculas de gelo.
Q2 vai ser utilizada para quebrar as ligações entre as moléculas de gelo durante a mudança de
fase (sólido - líquido) contribuindo para o aumento da energia potencia das moléculas uma vez
que estas ficam mais afastadas. A energia cinética das moléculas mantem-se constante pois
durante a mudança de fase a temperatura mantém-se constante.
Q3 vai contribuir, tal como na primeira situação, para o aumento da energia cinética das
moléculas.
3. A Finlândia é um dos países europeus tecnologicamente mais desenvolvidos.
3.1. Explique por que razão os esquimós continuam a viver em iglôs de gelo e não em casas
construídas em betão.
Condutividade térmica do gelo compacto é: K = 0,46 KW m-1k-1.
Condutividade térmica do betão é: K = 1,28 KW m-1k-1.
O gelo é melhor isolador do que o betão pois a sua condutividade térmica é menor. Assim nas
mesmas condições de temperatura o gelo é mais eficaz na conservação das condições térmicas
no interior do iglô pois a taxa de transferência de energia, como calor, por unidade de tempo é
menor.
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3.2. Caso um esquimó pretenda substituir o seu iglô de paredes de espessura l, por uma casa
de betão, determine a relação entre a espessura das paredes da nova habitação e a do iglô, de
modo a manter as mesmas características térmicas de habitabilidade.
- Lei de Fourier (em que K é a condutividade térmica do material, propriedade que
caracteriza a condução de calor em materiais).
Para manter as mesmas condições térmicas nas duas situações Q/∆t tem que ser igual nas duas
situações referidas, isto é, o primeiro membro da equação é igual. Como consequência o
seguindo membro da equação tem que ser igual nas duas situações.
Então para manter a mesma temperatura no interior das habitações a parede de betão teria que
ser 2,8 vezes maior que a parede de gelo.
3.3. Comente a seguinte afirmação: "se um esquimó colocar uma mão numa chapa metálica e a
outra num quadro de cortiça que se encontra sobre uma mesa, a chapa metálica parece-lhe
estar mais fria, isto é, a uma temperatura mais baixa".
Nas condições referidas a temperatura da chapa e da cortiça são iguais e iguais à temperatura
ambiente, mas a mão está à temperatura do corpo (mais quente que a temperatura ambiente).
Assim vai ser transferido calor (por condução) da mão (corpo a temperatura mais elevada) para
a cortiça ou para a chapa (corpos a menor temperatura).
A sensação deve-se ao facto da transferência de calor por unidade de tempo da mão para a
chapa de metal ser maior do que a transferência de calor da mão para a cortiça. Isso acontece
porque os metais são melhores condutores logo a sua condutividade térmica é muito maior do
que a condutividade térmica da cortiça. A temperatura da mão
4. Uma lâmpada de incandescência de 100 W emite como radiação visível cerda de 12% da
energia consumida.
Determine a intensidade da radiação visível a uma distância de 3,0 m da lâmpada.
Potência disponível (potência fornecida à lâmpada) = 100 W.
Potência da radiação visível emitida pela lâmpada = ?
Rendimento ( = 12%)

 Pradiada = 100 x
= 12 W
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A radiação emitida, a uma dada distância da lâmpada, (neste exemplo é 3 m) está (igualmente)
distribuída por uma área igual à de uma superfície esférica de área A = 4  r3.
I - intensidade da radiação incidente numa superfície é  é a potência
incidente por unidade de área.

 I = 0,11 W m-2
5. Uma resistência elétrica é mergulhada num recipiente que contém 100 g de água à temperatura
de 17ºC. Após se ter controlado a potência elétrica a debitar pela fonte de alimentação (I = 1,8 A
e d.d.p = 12 V) ligado à resistência, fechou-se o circuito durante 4,0 min, ao fim dos quais a água
se encontrava à temperatura de 29ºC.
5.1. Determine a variação da energia da água. (Considere: Cágua = 4,18 x 103 JKg-1K-1)
Q = m c ∆T
Q = 100 x 10-3 x 4,18 x 103 x 12 = 5016 J
A variação da energia da água é igual à energia recebida como calor que é 5016 J
5.2. Calcule a energia elétrica gasta durante o aquecimento;
A energia elétrica debitada é dada por: E = P x ∆t mas P = U x I logo:
E = U x I x ∆t
E = 12 x 1,8 x 240 = 5184 J
A energia elétrica gasta durante o aquecimento foi 5184 J
5.3. Compare os resultados obtidos em 5.1. e 5.2. e tire conclusões.
Comparando os dois valores observamos que a energia elétrica transferida para a água é
inferior à energia elétrica fornecida à resistência, isto prova que houve transferência, como calor,
através das paredes do recipiente para o ar ambiente logo o rendimento do processo é inferior a
100%.
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