1. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 34 (Exercício 02)
Dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Densidade do gelo = 1,0 g/cm3
1,0 cal ≈ 4,0 J
Exercício 02
Questão 05
Questão 01 Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira
observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro,
Quatro grandes blocos de gelo, de mesma massa e à mas não a queima ao tocar no bolo. Considerando-se
mesma temperatura inicial, envoltos em plástico essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre
impermeável, são pendurados na parede de um quarto à porque
temperatura de 25°C, com portas e janelas fechadas. a) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do
Conforme a figura a seguir, os blocos A e B estão bolo.
pendurados próximos ao teto e os blocos C e D estão b) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é
próximos ao chão. Os blocos A e D estão enrolados em mais rápida que entre o bolo e a mão.
cobertores; os outros dois não estão. Considere que o c) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois
único movimento de ar no quarto se dá pela corrente de de os dois serem retirados do forno.
convecção. d) o tabuleiro retém mais calor que o bolo.
Questão 06
Uma barra cilíndrica reta metálica, homogênea, de
comprimento L, com seção transversal A, isolada
lateralmente a fim de evitar perda de calor para o
ambiente, tem suas duas extremidades mantidas a
temperaturas T1 e T2, T1 >T2. Considere que o regime
a) Reproduza a figura e indique com setas o sentido do
estacionário tenha sido atingido.
movimento do ar mais quente e do ar mais frio.
a) Escreva a expressão do fluxo de calor por condução,
b) Qual dos blocos de gelo vai derreter primeiro e qual
sabendo-se que esse fluxo é proporcional à área da
vai demorar mais para derreter?
seção transversal e à diferença de temperatura entre os
extremos da região de interesse ao longo da direção do
Questão 02 fluxo e inversamente proporcional à distância entre tais
extremos.
Considere que uma pequena boca de fogão a gás b) Determine a temperatura de um ponto da barra
fornece tipicamente a potência de 250 cal/s. Supondo localizado a uma distância L/3 da extremidade de maior
que toda a energia térmica fornecida é transmitida a 200 temperatura em função de T1 e T2.
g de água, inicialmente a 30°C, calcule o tempo, em
segundos, necessário para que a água comece a ferver.
Considere a pressão atmosférica de 1 atm. Questão 07
Questão 03 Ainda nos dias atuais, povos que vivem no deserto
usam roupas de lã branca como parte de seu vestuário
Para aquecer o ar no interior de um cômodo que se para se protegerem do intenso calor, já que a
encontra, inicialmente, a uma temperatura de 10°C, temperatura ambiente pode chegar a 50 ºC durante o
utiliza-se um resistor elétrico cuja potência média dia. Para nós, brasileiros, que utilizamos a lã
consumida é de 2 kW. O cômodo tem altura igual a 2,5m principalmente no inverno, a atitude dos povos do
2 deserto pode parecer estranha ou equivocada, contudo
e área do piso igual a 20m .
ela pode ser explicada pelo fato de que:
Considere que apenas 50% da energia consumida a) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que
pelo resistor é transferida como calor para o ar. o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor
Determine o tempo necessário para que a branca absorve toda a luz evitando que ela aqueça ainda
temperatura no interior do cômodo seja elevada a 20 °C. mais as pessoas.
Dado que o calor específico do ar = 1,0 × 103 J/kgK b) a lã é naturalmente quente e, num ambiente a 50 ºC,
ela contribui para resfriar um pouco os corpos das
Questão 04 pessoas.
c) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o
calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor
Um lago tem uma camada superficial de gelo com
branca reflete toda a luz, diminuindo assim o
espessura de 4,0 cm a uma temperatura de -16 °C.
aquecimento da própria lã.
Determine em quanto tempo o lago irá descongelar
d) a lã é naturalmente quente, e o branco é uma “cor
sabendo que a potência média por unidade de área da
fria.” Esses fatos combinados contribuem para o
radiação solar incidente sobre a superfície da Terra é 320
2 resfriamento dos corpos daquelas pessoas.
W/m .
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2. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 34 (Exercício 02)
Questão 08 Questão 10
2
Em grandes metrópoles, devido a mudanças na Uma sala de aula de 200 m e 3 m de altura acomoda
superfície terrestre — asfalto e concreto em excesso, por 60 pessoas, que iniciam as atividades pela manhã a uma
temperatura de 25 °C. A taxa de dissipação de calor
exemplo — formam-se ilhas de calor. A resposta da produzida por um ser humano adulto sentado é, em
atmosfera a esse fenômeno é a precipitação convectiva. média, de 120 W. Para que o corpo humano permaneça
Isso explica a violência das chuvas em São Paulo, à temperatura de 37 °C é adequado que o ambiente seja
onde as ilhas de calor chegam a ter 2 a 3 graus mantido a 25 °C, assim a dissipação do calor por
centígrados de diferença em relação ao seu entorno. irradiação compensa a produção de calor do corpo. A
capacidade térmica por unidade de volume do ar é 1300
Revista Terra da Gente. Ano 5, nº 60, Abril 2009 (adaptado). 3
J/m °C. Considerando o exposto, e tratando a sala de
aula como um sistema termicamente isolado, calcule:
As características físicas, tanto do material como da a) a potência, em watts, do aparelho de ar-condicionado
estrutura projetada de uma edificação, são a base para necessário para manter a sala a 25 °C;
compreensão de resposta daquela tecnologia b) o intervalo de tempo, em minutos, para a sala atingir
construtiva em termos de conforto ambiental. Nas 37 °C, na ausência do equipamento de ar-condicionado.
mesmas condições ambientais (temperatura, umidade e
pressão), uma quadra terá melhor conforto térmico se GABARITO
a) pavimentada com material de baixo calor específico,
pois quanto menor o calor específico de determinado
Questão 01
material, menor será a variação térmica sofrida pelo
mesmo ao receber determinada quantidade de calor.
b) pavimentada com material de baixa capacidade
térmica, pois quanto menor a capacidade térmica de
a)
determinada estrutura, menor será a variação térmica
sofrida por ela ao receber determinada quantidade de
calor.
c) pavimentada com material de alta capacidade
térmica, pois quanto maior a capacidade térmica de
determinada estrutura, menor será a variação térmica
sofrida por ela ao receber determinada quantidade de
calor
d) possuir um sistema de vaporização, pois ambientes
mais úmidos permitem uma mudança de temperatura
lenta, já que o vapor d’água possui a capacidade de
armazenar calor sem grandes alterações térmicas,
devido ao baixo calor específico da água (em relação à
madeira, por exemplo). b) B - derrete primeiro
e) possuir um sistema de sucção do vapor d’água, pois D - derrete por último
ambientes mais secos permitem uma mudança de
temperatura lenta, já que o vapor d’água possui a
Questão 02
capacidade de armazenar calor sem grandes alterações
térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em
relação à madeira, por exemplo). Q m.c.Δθ 200 x 1x (100 − 30)
P= = ⇒ 250
Δt Δt Δt
Questão 09
Δt = 56 s
Um sistema para aquecer água, usando energia
solar, é instalado em uma casa para fornecer 400L de Questão 03
água quente a 60 °C durante um dia. A água é fornecida
para casa a 15 °C e a potência média por unidade de t = 10,4 min
2
área dos raios solares é 130 W/m . A área da superfície
dos painéis solares necessários é: Questão 04
2
a) 9,50 m
2 2
b) 7,56 m Para uma superfície de 1 m
2 2 3 3
c) 2,00 m V(gelo) = 1 m .0,04 m = 0,04 m = 40000 cm
d) 25,0 m
2 m(gelo) = d.V = 1.40000 = 40000 g
2 Q(aquecimento) = m.c ΔT
e) 6,73 m Q(aquecimento) = 40000.0,5.16 = 320000 cal
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3. DOMUS_Apostila 01 - FÍSICA II - Módulo 34 (Exercício 02)
Q(fusão) = m.L
Questão 09
Q(fusão) = 40000.80 = 3200000 cal
Q(total) = 320000 + 3200000 = 3520000 cal
Letra E.
1 cal = 4 J ==> Q(total) = 14080000 J
Dados: V = 400 L ⇒ m = 400 kg; I = 130 W/m2;ΔT = 60 – 15
Δ
Potência = Q(total)/tempo
= 45 °C.
tempo = Q(total)/Potência
Consideremos: densidade da água: d = 1 kg/L; calor
tempo = 14080000/320 = 44000 s = 12 h 12 min específico sensível da água: c = 4.200 J/kg•°C e que a
intensidade de radiação média dada seja diária, ou seja,
Questão 05 para um tempo de 24 h. Assim: Δt = 24 x 3.600 =
86.400 s.
Letra B. A intensidade de radiação é dada pela relação entre
P Q
a potência radiada e a área de capitação. I = = ,
Questão 06 A Δt A
sendo Q a quantidade de calor absorvida e Δt o tempo
a) Φ = KA (T1 - T2) / L, de exposição. Mas: Q = m c ΔT. Então:
m c ΔT m c ΔT (400)(4.200)(45) 2
b) T = (2T1 + T2) / 3 I= ⇒A= = ⇒ A = 6,73m
ΔtA Δt I (86.400)(130)
Resolução
A lei de Fourier para o fluxo térmico é Φ = KA (T1 –
T2) / L Questão 10
O fluxo é constante ao longo de toda a barra.
Considerando a extremidade de maior temperatura e o Dados: n = 60 pessoas; P1 = 120 W; A = 200 m2; h = 3 m; ΔT
ponto solicitado. = 37 – 25 = 12 °C; c = 1.300 J/m3•°C.
a) Para manter a temperatura da sala constante a 25°C,
Φ = KA (T1 – T2) / L = KA (T1 – T) / (L/3) toda potência liberada pelas 60 pessoas deve ser
compensada pelo aparelho de ar-condicionado. Assim:
Simplificado
(T1 – T2) = (T1 – T) / (1/3) Pap = n P1 = 60 (120) ⇒ Pap = 7.200 W.
(T1 – T2) = 3.(T1 – T)
T1 – T2 = 3.T1 – 3.T b) A potência liberada pelas pessoas será usada para
3.T = 3.T1 – T1 + T2 aquecer o volume de ar existente na sala.
3.T = 2.T1 + T2 Q Q V c ΔT
P= ⇒ Δt = ⇒ Δt = ⇒
T = (2.T1 + T2)/3 Δt P P
(200)(3)(1.300)(12)
Δt = ⇒
7.200
Questão 07
Δt = 1.300 s = 21,7 min.
Letra C.
Nós, brasileiros, usamos lã, que é um isolante
térmico, para impedir que o calor se propague do nosso
corpo (mais quente) para o meio ambiente (mais frio).
No caso dos povos do deserto, eles usam lã para impedir
a passagem do calor do meio ambiente (mais quente)
para os próprios corpos (mais frios). A cor branca
apresenta maior índice de refletividade de luz,
diminuindo a absorção e, consequentemente, o
aquecimento do tecido.
Questão 08
Letra C.
A questão confunde Calor Específico de um material
ou substância com Capacidade Térmica de um corpo.
Estruturas de um mesmo material terão capacidades
térmicas altas ou baixas dependendo de suas massas. A
opção C ficaria melhor se fosse:
c) pavimentada com material de alto calor específico,
pois...
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