Apostila preparatória para Vestibular - 06 fisica b

Apostila preparatória para Vestibular - 06 fisica b

(Parte 1 de 4)

PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC1

Inclusão para a Vida Física B

AULA 01

Termometria

Temperatura

É a grandeza física que mede o estado de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico.

Calor

É o nome que a energia térmica recebe quando passa de um corpo de maior temperatura para um outro de menor temperatura, ou seja, energia térmica em trânsito.

Equilíbrio Térmico

Dois ou mais corpos estão em equilíbrio térmicos quando possuem a mesma temperatura.

Escalas Termométricas Escala Fahrenreit

Escala Kelvis Escala Celsius

Lembre-se: Ponto de Gelo – temperatura em que a água congela (pressão normal) Ponto de Vapor – temperatura em que a água evapora (pressão normal)

Obs.: A escala Kelvin é também conhecida por escala absoluta ou escala termodinâmica, tem origem no zero absoluto e não existe temperatura inferior a esta.

Conversão entre Escalas

Um termômetro graduado na escala Celsius indica uma temperatura de 20°C.

Variação de Temperatura (ΔT)

ΔTC = ΔTK 9. ΔTC = 5. ΔTF

Exercícios de Sala

1) Em relação à termometria, é certo dizer que: a) - 273 K representa a menor temperatura possível de ser atingida por qualquer substância. b) a quantidade de calor de uma substância equivale à sua temperatura. c) em uma porta de madeira, a maçaneta metálica está sempre mais fria que a porta. d) a escala Kelvin é conhecida como absoluta porque só admite valores positivos. e) o estado físico de uma substância depende exclusivamente da temperatura em que ela se encontra.

2) Um termômetro é encerrado dentro de um bulbo de vidro onde se faz vácuo. Suponha que o vácuo seja perfeito e que o termômetro esteja marcando a temperatura ambiente, 25°C. Depois de algum tempo, a temperatura ambiente se eleva a 30°C. Observa-se, então, que a marcação do termômetro:

a) eleva-se também, e tende a atingir o equilíbrio térmico com o ambiente. b) mantém-se a 25°C, qualquer que seja a temperatura ambiente. c) tende a reduzir-se continuamente, independente da temperatura ambiente. d) vai se elevar, mas nunca atinge o equilíbrio térmico com o ambiente. e) tende a atingir o valor mínimo da escala do termômetro.

Tarefa Mínima

3) Os termômetros são instrumentos utilizados para efetuarmos medidas de temperaturas. Os mais comuns se baseiam na variação de volume sofrida por um líquido considerado ideal, contido num tubo de vidro cuja dilatação é desprezada. Num termômetro em que se utiliza mercúrio, vemos que a coluna desse líquido "sobe" cerca de 2,7 cm para um aquecimento de 3,6°C. Se a escala termométrica fosse a Fahrenheit, para um aquecimento de 3,6°F, a coluna de mercúrio "subiria": a) 1,8 cm c) 2,7 cm e) 1,5 cm b) 3,6 cm d) 1,8 cm

4) O gráfico a seguir relaciona as escalas termométricas Celsius e Fahrenheit.

A Correspondente indicação de um termômetro graduado na escala Fahrenheit é: a) 22°F b) 50°F c) 68°F d) 80°F e) 222°F

5) Com relação aos conceitos de calor, temperatura e energia interna, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

01. Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois todo corpo possui calor. 02. Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas. 04. Calor é a energia contida em um corpo. 08. Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra. 16. Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um forno a 160 oC, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa. 32. Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 oC, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará.

a) 12b) 21. c) 263. d) 285.

6) Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de

GABARITO 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 D A E C 34 A

PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC2

Inclusão para a Vida Física B

AULA 02 Dilatação Térmica dos Sólidos e Líquidos

Dilatação Linear

: ∆L = Li α ∆t

Dilatação Superficial:

∆A = Ai β∆t β = 2α

Dilatação Volumétrica

∆V = Vi. γ . ∆t

: γ = 3α

Exercícios de Sala

1. Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0 km. Considerando os efeitos de contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de - 40 °F a 110 °F e que o coeficiente de dilatação linear do metal é de 12 × 10-6 °C-1, qual a máxima variação esperada no comprimento da ponte? (O coeficiente de dilatação linear é constante no intervalo de temperatura considerado). a) 9,3 m c) 3,0 m e) 6,5 m b) 2,0 m d) 0,93 m

2. Uma bobina contendo 2000 m de fio de cobre medido num dia em que a temperatura era de 35 °C, foi utilizada e o fio medido de novo a 10 °C. Esta nova medição indicou: a) 1,0 m a menos d) 20 m a menos b) 1,0 m a mais e) 20 m a mais c) 2000 m

Tarefa Mínima

3. Uma barra de metal tem comprimento igual a 10,0 m a uma temperatura de 10,0 °C e comprimento igual a 10,006 m a uma temperatura de 40 °C. O coeficiente de dilatação linear do metal é a) 1,5 × 10-4 °C-1 d) 2,0 × 10-6 °C-1 b) 6,0 × 10-4 °C-1 e) 3,0 × 10-6 °C-1 c) 2,0 × 10-5 °C-1

4. A figura a seguir representa uma lâmina bimetálica. O coeficiente de dilatação linear do metal A é a metade do coeficiente de dilatação linear do metal B. À temperatura ambiente, a lâmina está na vertical. Se a temperatura for aumentada em 200 °C, a lâmina: a) continuará na vertical. b) curvará para a frente. c) curvará para trás. d) curvará para a direita. e) curvará para a esquerda.

5. O gráfico a seguir representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1 0 m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6/°C?

6. Ao se aquecer de 1 °C uma haste metálica de 1 m, o seu comprimento aumenta de 2.10-2 m. O aumento do comprimento de outra haste do mesmo metal, de medida inicial 80 cm, quando a aquecemos de 20 °C, é: a) 0,23 m. c) 0,56 m. e) 0,76 m. b) 0,32 m. d) 0,65 m.

7. Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente. Podemos afirmar que a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá contrairse. b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui. c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício. d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino. e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera.

8. O coeficiente de dilatação térmica do alumínio (Aℓ) é, aproximadamente, duas vezes o coeficiente de dilatação térmica do ferro (Fe). A figura mostra duas peças onde um anel feito de um desses metais envolve um disco feito do outro. Á temperatura ambiente, os discos estão presos aos anéis. Se as duas peças forem aquecidas uniformemente, é correto afirmar que a) apenas o disco de Aℓ se soltará do anel de Fe. b) apenas o disco de Fe se soltará do anel de Aℓ. c) os dois discos se soltarão dos respectivos anéis. d) os discos não se soltarão dos anéis.

9. A figura a seguir ilustra um arame rígido de aço, cujas extremidades estão distanciadas de "L". Alterando-se sua temperatura, de 293K para 100°C, pode-se afirmar que a distância "L": a) diminui, pois o arame aumenta de comprimento, fazendo com que suas extremidades fiquem mais próximas. b) diminui, pois o arame contrai com a diminuição da temperatura. c) aumenta, pois o arame diminui de comprimento, fazendo com que suas extremidades fiquem mais afastadas. d) não varia, pois a dilatação linear do arame é compensada pelo aumento do raio "R". e) aumenta, pois a área do círculo de raio "R" aumenta com a temperatura. GABARITO

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 B A C E B D B E

PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC3

Inclusão para a Vida Física B

AULA 03

Calorimetria

A relação entre a caloria e o joule é: 1 cal = 4,186 joules

Q = C (Δt) onde C é uma constante chamada de capacidade térmica do corpo.

C=

Δt

C = m . c (I)

CALOR SENSÍVEL O calor sensível é responsável pela variação da temperatura de um corpo.

Q = m . c (Δt)(I)

Dessa equação tiramos:

c =

TROCAS DE CALOR Qrec + Qced = 0

Q = m L

Da equação Q = mL tiramos:

Podemos fazer um gráfico da temperatura em função da quantidade de calor fornecido

Exercícios de Sala

1. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g.°C Um bloco de massa 2,0 kg, ao receber toda energia térmica liberada por 1000 gramas de água que diminuem a sua temperatura de 1 °C, sofre um acréscimo de temperatura de 10 °C. O calor específico do bloco, em cal/g.°C, é: a) 0,2 c) 0,15 e) 0,01 b) 0,1 d) 0,05

2. Adote: calor específico da água: 1,0 cal/g°C Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do combustível. O calor de combustão do gás de cozinha é 6000 kcal/kg. Aproximadamente quantos litros de água à temperatura de 20 °C podem ser aquecidos até a temperatura de 100 °C com um bujão de gás de 13 kg? Despreze perdas de calor: a) 1L c) 100 L e) 6000 L b) 10L d) 1000 L

Tarefa Mínima

3. Um frasco contém 20 g de água a 0 °C. Em seu interior é colocado um objeto de 50 g de alumínio a 80 °C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g°C e 0,10 cal/g°C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio desta mistura será a) 60 °C c) 40 °C e) 10 °C b) 16 °C d) 32 °C

4. A temperatura de dois corpos M e N, de massas iguais a 100 g cada, varia com o calor recebido como indica o gráfico a seguir. Colocando N a 10 °C em contato com M a 80 °C e admitindo que a troca de calor ocorra somente entre eles, a temperatura final de equilíbrio, em °C, será a) 60 b) 50 c) 40 d) 30 e) 20

5. Uma fonte térmica, de potência constante e igual a 20 cal/s, fornece calor a um corpo sólido de massa 100 g. A variação de temperatura š do corpo em função do tempo t é dada pelo gráfico a seguir.

O calor específico da substância que constitui o corpo, no estado líquido, em cal/g°C, vale a) 0,05 c) 0,20 e) 0,40 b) 0,10 d) 0,30

PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC4

Inclusão para a Vida Física B

6. Quando dois corpos de tamanhos diferentes estão em contato e em equilíbrio térmico, e ambos isolados do meio ambiente, pode-se dizer que: a) o corpo maior é o mais quente. b) o corpo menor é o mais quente. c) não há troca de calor entre os corpos. d) o corpo maior cede calor para o corpo menor. e) o corpo menor cede calor para o corpo maior.

a) 6c) 3 e) 1/3
b) 4d) 1/2

7. Um certo volume de um líquido A, de massa M e que está inicialmente a 20 °C, é despejado no interior de uma garrafa térmica que contém uma massa 2M de um outro líquido, B, na temperatura de 80 °C. Se a temperatura final da mistura líquida resultante for de 40 °C, podemos afirmar que a razão CA/CB entre os calores específicos das substâncias A e B vale:

8. O gráfico a seguir representa o calor absorvido por dois corpos sólidos M e N em função da temperatura. A capacidade térmica do corpo M, em relação à do corpo N, vale a) 1,4 b) 5,0 c) 5,5 d) 6,0 e) 7,0

9. A figura a seguir representa a temperatura de um líquido não-volátil em função da quantidade de calor por ele absorvida. Sendo a massa do líquido 100 g e seu calor específico 0,6 cal/g°C, qual o valor em °C da temperatura T³?

10) Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de termologia:

a) Ic) I. e) I e I.
b) Id) I e I.

I) Calor é uma forma de energia. I) Calor é o mesmo que temperatura. I) A grandeza que permite informar se dois corpos estão em equilíbrio térmico é a temperatura. Está(ão) correta(s) apenas:

1) O gráfico a seguir representa a quantidade de calor absorvida por dois objetos A e B ao serem aquecidos, em função de suas temperaturas.

Observe o gráfico e assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) A capacidade térmica do objeto A é maior que a do objeto B. (02) A partir do gráfico é possível determinar as capacidades térmicas dos objetos A e B. (04) Pode-se afirmar que o calor específico do objeto A é maior que o do objeto B. (08) A variação de temperatura do objeto B, por caloria absorvida, é maior que a variação de temperatura do objeto A, por caloria absorvida. (16) Se a massa do objeto A for de 200 g, seu calor específico será 0,2 cal/g°C.

12. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) em relação a alguns fenômenos que envolvem os conceitos de temperatura, calor, mudança de estado e dilatação térmica. (01) A temperatura de um corpo é uma grandeza física relacionada à densidade do corpo. (02) Uma substância pura ao receber calor ficará submetida a variações de temperatura durante a fusão e a ebulição. (04) A dilatação térmica é um fenômeno específico dos líquidos, não ocorrendo com os sólidos. (08) Calor é uma forma de energia. (16) O calor se propaga no vácuo.

1 E 27 24

0 D D B D A C B E 50

AULA 04

Transmissão de Calor CONDUÇÃO DE CALOR -

FLUXO DE CALOR O fluxo de calor através da superfície S é definido por:

A experiência mostra que o fluxo de calor através da barra é dado por:

PRÉ-VESTIBULAR DA UFSC5

Inclusão para a Vida Física B

Exercícios de Sala

1. Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte seqüência:

- Aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa. - Aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol.

- Vento que sopra da terra para o mar durante a noite.

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

2. Sabe-se que o calor específico da água é maior que o calor específico da terra e de seus constituintes (rocha, areia, etc.). Em face disso, pode-se afirmar que, nas regiões limítrofes entre a terra e o mar: a) durante o dia, há vento soprando do mar para a terra e, à noite, o vento sopra no sentido oposto. b) o vento sempre sopra sentido terra-mar. c) durante o dia, o vento sopra da terra para o mar e à noite o vento sopra do mar para a terra. d) o vento sempre sopra do mar para a terra. e) não há vento algum entre a terra e o mar.

Tarefa Mínima

3. Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com cobertura de vidro, mantém a temperatura interior bem mais elevada do que a exterior. Das seguintes afirmações:

I. O calor entra por condução e sai muito pouco por convecção I. O calor entra por radiação e sai muito pouco por convecção I. O calor entra por radiação e sai muito pouco por condução IV. O calor entra por condução e convecção e só pode sair por radiação

A(s) alternativa(s) que pode(m) justificar a elevada temperatura do interior da estufa é(são): a) I, I c) IV e) I b) I, I d) I, I

4. Calor é uma forma de energia que é transferida entre dois sistemas quando entre eles existe uma diferença de temperatura, e a transferência pode ocorrer por condução, convecção ou radiação. A respeito deste assunto, assinale o que for correto. (01) Na condução, a transferência de calor ocorre de partícula a partícula, dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. (02) A transferência de calor em um meio fluido ocorre por convecção. (04) Na radiação, a transferência de calor entre dois sistemas ocorre através de ondas eletromagnéticas. (08) O fluxo de calor através de um corpo é inversamente proporcional à sua espessura.

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