Exercícios Resolvidos sobre Dilatação Térmica e Energia Solar - Nível Médio

1ª Parte Questões Objetivas 1 2 3 Duas substâncias A e B têm seus gráficos de densidade temperatura representados a seguir As substâncias são colocadas a 4C em garrafas de vidro distintas ocupando todo o volume das garrafas Considere o coeficiente de dilatação do vidro das garrafas muito menor que o das substâncias A e B As garrafas são então fechadas e colocadas em um refrigerador a 0C Após um longo período de tempo podese dizer que a a garrafa de A se quebra e a de B não b a garrafa de B se quebra e a de A não c as garrafas de A e B se quebram d as garrafas de A e B não se quebram e os dados fornecidos não são suficientes para se chegar a uma conclusão 4 Uma lâmina bimetálica é constituída de duas placas de materiais diferentes M1 e M2 presas uma à outra Essa lâmina pode ser utilizada como interruptor térmico para ligar ou desligar um circuito elétrico como representado esquematicamente na figura I Quando a temperatura das placas aumenta elas dilatamse e a lâmina curvase fechando o circuito elétrico como mostrado na figura II Esta tabela mostra o coeficiente de dilatação linear de diferentes materiais Considere que o material M1 é cobre e o outro M2 deve ser escolhido entre os listados nessa tabela Para que o circuito seja ligado com o MENOR aumento de temperatura o material da lâmina M deve ser o a aço b alumínio c bronze d níquel 5 O resultado da conversão direta de energia solar é uma das várias formas de energia alternativa de que se dispõe O aquecimento solar é obtido por uma placa escura coberta por vidro pela qual passa um tubo contendo água A água circula conforme mostra o esquema abaixo Fonte Adaptado de PALZ Wolfgang Energia solar e fontes alternativas Hemus 1981 São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar I o reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor II a cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa III a placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol aquecendo a água com maior eficiência Dentre as afirmações acima podese dizer que apenas estáão corretas a I b I e II c II d I e III e II e III 6 Normalmente encontrase como invólucro de cigarros no interior do maço uma folha que apresenta duas faces uma de papel comum e outra de alumínio coladas entre si Se pegarmos essa folha dupla e a aproximarmos cuidadosamente de uma fonte de calor o que observaremos em relação a dilatação dessa folha a A folha curvase para o lado do papel b A folha não sofre nenhum tipo de curvatura c A folha curvase para o lado do alumínio d A folha curvase ora para o lado do papel ora para o lado do alumínio e A folha dilata sem sofrer curvatura 7 om a frequente adulteração de combustíveis além de fiscalização há necessidade de prover meios para que o consumidor verifique a qualidade do combustível Para isso nas bombas de combustível existe um densímetro semelhante ao ilustrado na figura Um tubo de vidro fechado fica imerso no combustível devido ao peso das bolinhas de chumbo colocadas no seu interior Uma coluna vertical central marca a altura de referência que deve ficar abaixo ou no nível do combustível para indicar que sua densidade está adequada Como o volume do líquido varia com a temperatura mais que o do vidro a coluna vertical é preenchida com mercúrio para compensar variações de temperatura a indica a variação da densidade do combustível com a temperatura b mostra a diferença de altura da coluna a ser corrigida c mede a temperatura ambiente no momento do abastecimento d regula a temperatura do densímetro de acordo com a do ambiente e corrige a altura de referência de acordo com a densidade do líquido 8 Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro na temperatura ambiente é fixada por uma de suas extremidades como visto na figura abaixo Note e adote O coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 12105 ºC1 O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 18106 ºC1 Após o aquecimento a temperatura da lâmina é uniforme Nessa situação a lâmina está plana e horizontal A seguir ela é aquecida por uma chama de gás Após algum tempo de aquecimento a forma assumida pela lâmina será mais adequadamente representada pela figura 9 Misturandose convenientemente água e álcool é possível fazer com que uma gota de óleo fique imersa em repouso no interior dessa mistura como exemplifica o desenho a seguir Os coeficientes de dilatação térmica da mistura e do óleo valem respectivamente 2010C e 5010C Esfriandose o conjunto e supondose que o álcool não evapore o volume da gota a diminuirá e ela tenderá a descer b diminuirá e ela tenderá a subir c diminuirá e ela permanecerá em repouso d aumentará e ela tenderá a subir e aumentará e ela tenderá a descer 10 As figuras a seguir esquematizam a formação das brisas marítima e terrestre Durante o dia o ar próximo à areia da praia se aquece mais rapidamente do que o ar próximo à superfície do mar Desta forma o ar aquecido do continente sobe e o ar mais frio do mar deslocase para o continente formando a brisa marítima À noite o ar sobre o oceano permanece aquecido mais tempo do que o ar sobre o continente e o processo se inverte Ocorre então a brisa terrestre Dentre as alternativas a seguir indique a que explica corretamente o fenômeno apresentado A É um exemplo de convecção térmica e ocorre pelo fato de a água ter um calor específico maior do que a areia Desta forma a temperatura da areia se altera mais rapidamente B É um exemplo de condução térmica e ocorre pelo fato de a areia e a água serem bons condutores térmicos Desta forma o calor se dissipa rapidamente C É um exemplo de irradiação térmica e ocorre pelo fato de a areia e a água serem bons condutores térmicos Desta forma o calor se dissipa rapidamente D É um exemplo de convecção térmica e ocorre pelo fato de a água ter um calor específico menor do que a areia Desta forma a temperatura da areia se altera mais rapidamente E É um processo de estabelecimento do equilíbrio térmico e ocorre pelo fato de a água ter uma capacidade térmica desprezível 2ª Parte Questões Discursivas 1 Um estudante constrói uma escala de temperatura arbitrária X Como mostrado no gráfico seguinte que relaciona sua escala X com a escala Celsius Em seguida ele efetua um experimento em que duas barras A e B de massas mA 100g e mB 120 inicialmente à temperatura de 0oC foram colocadas pelo estudante durante 20 minutos em dois fornos como indicado pelo gráfico a seguir em que a relação entre as potências térmicas fornecidas a cada barra e o tempo de aquecimento são indicados Após esse período as barras são retiradas dos fornos e imediatamente introduzidas em um calorímetro ideal O diagrama abaixo indica a variação da capacidade térmica de cada barra em função de sua massa Considerando que toda a energia liberada pelas fontes térmicas seja absorvida pelas barras determine a temperatura de equilíbrio das barras na escala arbitrária utilizada pelo estudante 2 O excesso de gordura no organismo é nocivo a saúde Considere uma pessoa com massa corporal estável que deseja perder gordura sem alterar sua dieta alimentar Para essa pessoa o dispêndio energético de 9 kcal em atividades físicas corresponde a perda de 1g de gordura corporal Para que essa pessoa perca 60 kg de gordura determine o tempo em minutos que ela necessita dedicar a atividades físicas despendendo em média 12kcalmin 3 Suponha que uma pessoa precise de 2400kcaldia para suprir suas necessidades de energia Num determinado dia essa pessoa além de executar suas atividades regulares caminhou durante uma hora A energia gasta nessa caminhada é a mesma necessária para produzir um aumento de temperatura de 80 ºC em 3 kg de água Determine a necessidade de energia dessa pessoa no mesmo dia em kcal considerando o calor específico da água igual a 1 calgºC 4 Quatro esferas maciças E1 E2 E3 e E4 todas com a mesma massa são colocadas simultaneamente no interior de um recipiente contendo água em ebulição Atingido o equilíbrio térmico essas esferas são retiradas da água e colocadas imediatamente na superfície de um grande bloco de gelo que se encontra na temperatura de fusão a Determine a esfera que fundiu a maior quantidade de gelo e b a esfera que produziu a cavidade de menor diâmetro no bloco de gelo Justifique sua resposta por intermédio de cálculos 5 Um retângulo é formado por um fio de cobre e outro de alumínio como mostra a figura A Sabendose que o coeficiente de dilatação linear do cobre é de 17 x 106 C1 e o do alumínio é de 24 x 106 C1 qual o valor do ângulo se a temperatura do retângulo for elevada de 100C como está apresentado na figura B This publication is supported by a grant from the Ruth Bolles Kirschenbaum Foundation Publishing Management CATALYST PUBLISHING GROUP 101 Fifth Avenue 3rd Floor New York NY 10003 Published by CATALYST PUBLISHING GROUP Cover design by Jones Design Printed in China 1 C 6000 1200 807 06 18g 0 Teg86 2 e e 2 A Na escala i x 2 67c 30 3 A Arrim x 2 6 56 25 30 I x 126 25X 5 E 2 A Imin Ma 6 10g 12Kalg 6 A A 1500 min 7 E 3 E 2000 KealE ande 8 E 3 10 d E 200 Kal 9 A Lage E 2600 Keal OB 1 A efere que inc fundir a maion A parti as grafice Pot A temse quantidade de gelo sera aqueb que I o A 600 20 6000 al 11 mate de valor a mazenar a mais quantid 2 uma mema temperatura Nece cars Q 20 1200 Es aluminis pois my 1 mug Cuf At E 2 Aermica me qual grafire a ca Quanto maior Conf maior a mane de 2 gelo bemetida er 000 o ae bAgepedazina a menen caridad e e e massa execífica Assim podemos dizer quer Ando e calor 9 V m fereids anterismente levará au Te Ramon a merma Tug Para uma merme marra diminui grande auments logo Es Iníquel 5 Varan calcular er taman final de base es em seguida ar de cada lateral have Local ca ATLOCAR 2 A A 1 Llan 8 17 10 100 5 20 100 100 1 hax 2 56182 Lean 13 0256 am Pane as laterais La 10 1 27 10 8 100 La 20 1 0017 10 017 am Lar 101 2118 3 100 Ar 10 021 um Assis Ag Lean 13 0256 x a 0 0035 Aga 3721 6 a 84 98