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Prof. Eduardo Cavalcanti

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GABARITO OFICIAL

Prof. Eduardo Cavalcanti

REVISÃO

ENEM

356

QUESTÕES

RESUMOS

94

12

53

91

106

VÍDEOAULAS

2

Prof. Eduardo Cavalcanti

Olá querido aluno, seja bem-vindo a Curso de Física do Gabarito Oficial. Me chamo Eduardo Cavalcanti.

Bem, acredito compreender bastante sua luta, principalmente você que precisa pôr em prática a rotina de estudo e tem dificuldade com física. Estudar não é tão fácil quanto outros imaginam. Mas com sua persistência e disciplina, aliadas a um bom material de estudo, tentaremos juntos fazer a diferença em sua aprovação.

"Deixem que o futuro diga a

verdade e avalie cada um de acordo com o seu trabalho e realizações. O futuro pelo qual eu sempre trabalhei pertence a mim. ”

Nikola Tesla Trago a experiência de anos de pré-

vestibular para este material. Venho através dessas aulas ajudar-lhes de forma concisa, objetiva e transparente a alcançar seu objetivo.

A estrutura do curso será de vídeo aulas, fundamentação teórica acompanhada de apresentação de questões comentadas, tanto com o objetivo de fixar o assunto abordado como ampliar a teoria com alguns tópicos específicos, mas não menos importantes.

• Vídeos curtos e objetivos sobre a teoria do

assunto abordado. • Vídeos com o comentário de algumas

questões. • Material de estudo com resumos teóricos. • Material de estudo com todas as questões

comentadas.

A dilatação térmica é o aumento da

distância entre as partículas de um sistema causado pelo aumento da temperatura. Do ponto de vista macroscópico, esse fenômeno é percebido como um aumento das dimensões do sistema.

• DILATAÇÃO LINEAR

Em que α é o coeficiente de dilatação linear. 01. (ENEM PPL) Para a proteção contra

curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito. A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de a) dureza. b) elasticidade. c) dilatação térmica. d) compressibilidade. e) condutividade elétrica.

Comentário: A curvatura da lâmina se dá devido aos diferentes coeficientes de dilatação dos metais que compõem a lâmina.

APRESENTAÇÃO 2 - DILATAÇÃO

DILATAÇÃO TÉRMICA DOS SÓLIDOS

3

Prof. Eduardo Cavalcanti Resposta: C 02. (UFRGS) Uma barra metálica de 1 m de

comprimento é submetida a um processo de aquecimento e sofre uma variação de temperatura. O gráfico abaixo representa a variação ,D! em mm, no comprimento da barra, em função da variação de temperatura T,D em OC.

Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades

610 C?- ° a) 0,2 b) 2,0 c) 5,0 d) 20 e) 50

Comentário: A dilatação linear é dada pela expressão:

0L L TΔ α Δ= × × Onde: LΔ = dilatação linear em metros; 0L = Comprimento inicial em metros;

α = Coeficiente de dilatação linear em 1C ;-° TΔ = Variação da temperatura em °C.

Do gráfico dado, escolhemos um ponto:

Juntando a expressão da dilatação linear LΔ com os dados fornecidos pelo enunciado e pelo gráfico, temos:

Resposta: D 03. (ENEM PPL)

O quadro oferece os coeficientes de dilatação linear de alguns metais e ligas metálicas:

Para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha, a partir do menor aquecimento do conjunto, o parafuso e a porca devem ser feitos, respectivamente, de a) aço e níquel b) alumínio e chumbo.

4

Prof. Eduardo Cavalcanti c) platina e chumbo. d) ouro e Iatão. e) cobre e bronze.

Comentário: Quanto mais a porca se dilatar e quanto menos o parafuso se dilatar, menor será o aquecimento necessário para o desatarraxamento. Assim, dentre os materiais listados, o material do parafuso deve ser o de menor coeficiente de dilatação e o da porca, o de maior. Portanto, o parafuso deve ser de platina e a porca de chumbo. Resposta: C • DILATAÇÃO SUPERFICIAL

em que β é o coeficiente de dilatação superficial. Relação:

04. (CPS) A caminho da erradicação da

pobreza, para poder contemplar a todos com o direito à habitação, as novas edificações devem ser construídas com o menor custo e demandar cuidados mínimos de manutenção. Um acontecimento sempre presente em edificações, e que torna necessária a manutenção, é o surgimento de rachaduras. Há muitas formas de surgirem rachaduras como, por exemplo, pela acomodação do terreno ou ocorrência de terremotos. Algumas rachaduras, ainda, ocorrem devido à dilatação térmica. A dilatação térmica é um fenômeno que depende diretamente do material do

qual o objeto é feito, de suas dimensões originais e da variação de temperatura a que ele é submetido. Para um objeto como um muro, o acréscimo ou decréscimo da área da superfície do muro é calculado pela expressão: 0S SΔ β Δθ= × × Em que: SΔ ® representa a variação (acréscimo

ou diminuição) da área da superfície que o muro apresentará;

0S ® é a área original da superfície do muro, antes de ocorrer a dilatação térmica;

β® é uma constante que está relacionada com o material que foi utilizado em sua construção;

Δθ® é a variação de temperatura à qual o muro é submetido.

Considere dois muros feitos com o mesmo material, sendo que o menor deles possui uma área de superfície igual a 100 m2, enquanto que o maior tem 200 m2. Se o muro menor sofrer uma variação de temperatura de +20oC e o maior sofrer uma variação de +40oC , a variação da área da superfície do muro maior em relação à variação da área da superfície do muro menor, é a) quatro vezes menor. b) duas vezes menor. c) a mesma. d) duas vezes maior. e) quatro vezes maior.

Comentário: Dilatação térmica do muro maior:

Dilatação térmica do muro menor:

5

Prof. Eduardo Cavalcanti A razão das dilatações térmicas será:

21 1

22 2

S S8000 m C 4S S2000 m CΔ ΔβΔ Δβ

× × °= \ =

× × °

Portanto, a razão será 4 vezes maior. Resposta: E

• Dilatação volumétrica

em que γ é o coeficiente de dilatação volumétrica. Relação:

05. (PUC - RJ) Uma placa de vidro possui

as dimensões de

1,0 m x 1,0 m x 1,0 m quando está à temperatura ambiente. Seu coeficiente de dilatação linear é

6 19 10 C .- -´ ° Se a placa sofrer uma variação de temperatura de 10oC, de quanto será a variação de volume da placa, em cm3? a) 7,3 x 10–11 b) 7,3 x 10–7 c) 9,0 x 10–3 d) 9,0 x 10–1 e) 2,7

Comentário:

Resposta: E

• DILATAÇÃO REAL

em que γ é o coeficiente de dilatação real do líquido. • DILATAÇÃO APARENTE

em que γF é o coeficiente de dilatação volumétrica do frasco. • DILATAÇÃO DO RECIPIENTE

em que γF é o coeficiente de dilatação volumétrica do frasco. Relação entre as dilatações:

Relação entre os coeficientes:

06. (PUC-PR) Considere um recipiente de

vidro com certo volume de mercúrio, ambos em equilíbrio térmico numa dada temperatura 0,θ conforme mostra a figura a seguir. O conjunto, recipiente de vidro e mercúrio, é colocado num forno à temperatura ,θ com 0.θ θ> Sejam os coeficientes de dilatação volumétrica do vidro e do mercúrio iguais, respectivamente, a 5 11,2 10 C- -× °

e 4 11,8 10 C .- -× °

DILATAÇÃO TÉRMICA DOS LÍQUIDOS

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Prof. Eduardo Cavalcanti

De quantas vezes o volume do recipiente deve ser maior que o volume inicial de mercúrio, para que o volume vazio do recipiente permaneça constante a qualquer temperatura? a) 11 b) 12 c) 13 d) 14 e) 15

Comentário: As equações que representam as dilatações volumétricas do vidro e do mercúrio são:

( )( )

vidro 0,vidro vidro

Hg 0,Hg Hg

V V T 1

V V T 2

Δ α Δ

Δ α Δ

= × ×

= × ×

As dilatações volumétricas tanto do vidro como do mercúrio devem ser iguais para permanecer o volume de vazios constantes, portanto:

( )vidro HgV V 3Δ Δ= Igualando as duas equações e simplificando as variações de temperatura: 0,vidro vidroV Tα Δ× × 0,Hg HgV Tα Δ= × × ( )4

Fazendo a razão entre os volumes iniciais e substituindo os coeficientes de dilatação volumétrica para cada material, temos:

( )Hg0,vidro

0,Hg vidro4 1

0,vidro 0,vidro5 10,Hg 0,Hg

V5

V

V V1,8 10 C 15V V1,2 10 C

αα

- -

- -

=

× °= Þ =

× °

Resposta: E

A água líquida contrai-se ao ser aquecida de 0 °C a 4 °C e dilata-se quando aquecida a partir de temperaturas superiores a 4 °C. A densidade máxima da água (1g/cm3) ocorre a 4 °C.

Energia térmica em trânsito entre corpos a diferentes temperaturas. • CALOR SENSÍVEL

Produz variação de temperatura. • CALOR LATENTE

Produz mudança de estado. 07. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Nos dias frios, é

comum ouvir expressões como: “Esta roupa é quentinha” ou então “Feche a janela para o frio não entrar”. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de

COMPORTAMENTO ANÔMALO DA ÁGUA

3 - CALORIMETRIA

CALOR

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Prof. Eduardo Cavalcanti calor da termodinâmica. A roupa não é “quentinha”, muito menos o frio “entra” pela janela. A utilização das expressões “roupa é quentinha” e “para o frio não entrar” é inadequada, pois o(a) a) roupa absorve a temperatura do

corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela.

b) roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela.

c) roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela.

d) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.

e) calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio.

Comentário: Os corpos não possuem calor, mas sim, energia térmica. Calor é uma forma de energia térmica que flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor. Resposta: D 08. (ENEM PPL) É comum nos referirmos a

dias quentes como dias “de calor”. Muitas vezes ouvimos expressões como “hoje está calor” ou “hoje o calor está muito forte” quando a temperatura ambiente está alta. No contexto científico, é correto o significado de “calor” usado nessas expressões? a) Sim, pois o calor de um corpo

depende de sua temperatura. b) Sim, pois calor é sinônimo de alta

temperatura. c) Não, pois calor é energia térmica em

trânsito.

d) Não, pois calor é a quantidade de energia térmica contida em um corpo.

e) Não, pois o calor é diretamente proporcional à temperatura, mas são conceitos diferentes.

Comentário: O calor é apenas o fluxo de energia térmica que ocorre entre dois corpos que estão a diferentes temperaturas. Resposta: C

Grandeza por meio da qual avalia-se a energia em trânsito (calor) entre sistemas a diferentes temperaturas.

• Unidade do SI: joule (J) • Unidade usual: caloria (cal)

Relação:

• QUANTIDADE DE CALOR SENSÍVEL

Em que m é a massa, c é o calor específico e Δθ é a variação de temperatura.

O calor específico (c) de uma substância mede numericamente a quantidade de calor que faz variar em 1 °C a temperatura da massa de 1g da substância.

Unidade usual: cal/g°C

QUANTIDADE DE CALOR (Q)

EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA

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Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 09. (Prof. Eduardo Cavalcanti) No início do

século XX, Pierre Curie e colaboradores, em uma experiência para determinar características do recém-descoberto elemento químico rádio, colocaram uma pequena quantidade desse material em um calorímetro e verificaram que 1,30 grama de água líquida ia do ponto de congelamento ao ponto de ebulição em uma hora. A potência média liberada pelo rádio nesse período de tempo foi, aproximadamente, Note e adote: - Calor específico da água: 1cal (g C)×° - 1 cal = 4 J - Temperatura de congelamento da

água: 0 C° - Temperatura de ebulição da água: 100 C°

- Considere que toda a energia emitida pelo rádio foi absorvida pela água e empregada exclusivamente para elevar sua temperatura.

a) 0,06 W b) 0,10 W c) 0,14 W d) 0,18 W e) 0,22 W

Comentário:

Resposta: C 10. (ENEM) As altas temperaturas de

combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera. Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência? a) Alto calor específico. b) Alto calor latente de fusão. c) Baixa condutividade térmica. d) Baixa temperatura de ebulição. e) Alto coeficiente de dilatação térmica.

Comentário: Da expressão do calor específico sensível:

QQ m c .mc

Δθ Δθ= Þ =

O fluido arrefecedor deve receber calor e não sofrer sobreaquecimento. Para tal, de acordo com a expressão acima, o fluido deve ter alto calor específico. Resposta: A 11. (ENEM PPL) O aproveitamento da luz

solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água água( 1kg L)ρ = para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1 m2 é de 0,03 kW/m2. O valor do calor específico da água é igual 4,2 kJ/(kg oC).

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Prof. Eduardo Cavalcanti Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20oC até 70oC? a) 490 s b) 2.800 s c) 6.300 s d) 7.000 s e) 9.800 s

Comentário: Massa de água:

águaágua

m kgm 1 1L m 1kgV L

ρ = Þ = × Þ =

Quantidade de energia necessária para o aquecimento da água: Q m c 1 4,2 50 Q 210 kJΔθ= × × = × × Þ = Potência requerida:

22

kWP 0,03 1m P 0,03 kWm

= × Þ =

Portanto:

Q 210 kJP tt 0,03 kW

t 7000 s

ΔΔ

Δ

= Þ =

\ =

Resposta: D 12. (ENEM PPL) As especificações de um

chuveiro elétrico são: potência de 4.000 W, consumo máximo mensal de 21,6 kWh e vazão máxima de 3 L/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico da água é de 4.200 J/(kg oC) e sua densidade é igual a 1 kg/L. A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de a) 16oC b) 19oC c) 37oC d) 57oC e) 60oC

Comentário:

Energia utilizada no mês: 3 621,6 kWh 21,6 10 3600 J 77,76 10 J= × × = ×

Tempo em que o chuveiro ficou ligado:

Volume de água utilizado:

água águaLV 3 324min V 972Lmin

= × Þ =

Como a densidade da água é de 1kg / L, temos que águam 972 kg.= Portanto:

6Q m c 77,76 10 972 420019 CΔθ Δθ

Δθ= × × Þ × = × ×

\ @ °

Resposta: B 13. (ENEM) No manual fornecido pelo

fabricante de uma ducha elétrica de 220 V é apresentado um gráfico com a variação da temperatura da água em função da vazão para três condições (morno, quente e superquente). Na condição superquente, a potência dissipada é de 6.500 W. Considere o calor específico da água igual a 4.200 J/(kg oC) e densidade da água igual a 1 kg/L.

Com base nas informações dadas, a potência na condição morno corresponde a que fração da potência na condição superquente?

a) 13

b) 15

10

Prof. Eduardo Cavalcanti

c) 35

d) 38

e) 58

Comentário: Relação entre os calores Qs e Qm trocados, respectivamente, nas condições superquente e morno: s s s s

m m m m

Q mc T Q TQ mc T Q T

Δ ΔΔ Δ

= Þ =

Como QP ,tΔ

= vem:

s s s s

m m m m

P t T P TP t T P TΔ Δ ΔΔ Δ Δ

= Þ =

Substituindo os valores de TΔ do gráfico nessa última relação, chegamos a: s

m

m

s

P 32P 12P 3P 8

=

\ =

Resposta: D 14. (ENEM) Durante a primeira fase do

projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada a beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25oC, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla

margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3oC em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kJ/(kg oC). Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s. para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de a) 42 b) 84 c) 167 d) 250 e) 500

Comentário: Dados:

O fluxo mássico (kg s) pedido é m .t

ΦΔ

=

Da definição de potência:

Resposta: C

Mede numericamente a quantidade de calor que faz variar de 1 °C a temperatura do corpo.

Unidade usual: cal/°C O equivalente em água de um corpo é

a massa de água cuja capacidade térmica é igual à do corpo.

O calorímetro é um recipiente onde costumam ser colocados os corpos em

CAPACIDADE TÉRMICA (C) DE UM CORPO

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Prof. Eduardo Cavalcanti experiências de trocas de calor.

Os calorímetros devem ser isolados termicamente do ambiente e apresentar baixa capacidade térmica. Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 15. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Admita duas

amostras de substâncias distintas com a mesma capacidade térmica, ou seja, que sofrem a mesma variação de temperatura ao receberem a mesma quantidade de calor. A diferença entre suas massas é igual a 100 g, e a razão entre seus calores

específicos é igual a 6 .5

A massa da amostra mais leve, em gramas, corresponde a: a) 250 b) 300 c) 500 d) 600

Comentário: Do enunciado, temos que:

A B

B

A

A B

C Cc 6c 5m m 100

=

=

= +

Sabendo que a Capacidade térmica e o calor específico estão relacionados pela seguinte equação, C m c= × Podemos então dizer que:

A B

A A B B

A B

B A

B

B

B B

B

A B

A

C Cm c m cc mc m

m56 m 1005 m 500 6 mm 500 gSabendo que,m m 100m 600 g

=

× = ×

=

=+

× + = ×

=

= +

=

Como é pedido a amostra mais leve, logo a resposta é 500 g. Resposta: C

Se dois ou mais corpos trocam calor entre si, a soma algébrica das quantidades de calor trocadas pelos corpos, até o estabelecimento do equilíbrio térmico, é nula:

Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 16. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Dois blocos

metálicos idênticos de 1 kg estão colocados em um recipiente e isolados do meio ambiente. Se um dos blocos tem a temperatura inicial de 50oC e o segundo a temperatura de 100oC, qual será a temperatura de equilíbrio, em oC, dos dois blocos? a) 75 b) 70 c) 65 d) 60 e) 55

Comentário: 1 2

1 2

Q Q 0m c m c 0Δθ Δθ

+ =

× × + × × =

PRINCÍPIO GERAL DAS TROCAS DE CALOR

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Prof. Eduardo Cavalcanti Como os dois blocos são idênticos, tanto a massa, como o calor específico são os mesmos, logo:

1 2

e 1 e 2

e e

0( 50) ( 100) 02 150 75 C

Δθ Δθθ θθ θ

+ =

- + - =

× = Þ = °

Resposta: A 17. (ENEM) Aquecedores solares usados

em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70°C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30°C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25°C. Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal? a) 0,111. b) 0,125. c) 0,357. d) 0,428. e) 0,833.

Comentário: Considerando o sistema termicamente isolado, temos:

Resposta: B Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 18. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Em uma

atividade experimental de Física, os estudantes verificaram que a quantidade de calor necessária para aquecer um litro de água num recipiente de alumínio de 500 g é de 58565 cal. Segundo as conclusões, desprezando as perdas, essa

quantidade de calor é suficiente para que essa água alcance uma temperatura ideal para se tomar chimarrão. De acordo com os dados experimentais, a temperatura ambiente era de 20oC e o calor específico da água e do recipiente de alumínio são, respectivamente, iguais a 1 cal/goC e 0,21 cal/goC. Ao se considerar o experimento citado acima, a temperatura da água do chimarrão é de: a) 63oC b) 68oC c) 70oC d) 73oC e) 75oC

Comentário: a c

a a a al al al

e e

e e

e

e

e

Q Q 0m c m c 01.000 1 ( 20) 500 0,21 ( 20) 58.5651.000 20.000 105 2.100 58.5651.105 22.100 58.5651.105 80.665

73 C

Δθ Δθθ θ

θ θθθ

θ

+ =

× × + × × =

× × - + × × - =

- + - =

- =

=

= °

Resposta: D 19. (ENEM) Uma garrafa térmica tem como

função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.

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Prof. Eduardo Cavalcanti Tipo de

selo Variação de temperatura

A menor que 10% B entre 10% e 25% C entre 25% e 40% D entre 40% e 55% E maior que 55%

Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 C° e outra a 40 C,° na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16oC. Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada? a) A b) B c) C d) D e) E

Comentário: Dados:

Desprezando a capacidade térmica da garrafa, pela equação do sistema termicamente isolado calculamos a temperatura de equilíbrio e(T ) :

O módulo da variação de temperatura é:

f eT T T 16 30 T 14 °C.Δ Δ= - = - Þ =

Calculando a variação percentual %(x ) :

% %e

T 14x 100 100 x 46,7%.T 30Δ

= ´ = ´ Þ =

Resposta: D

Numericamente é a quantidade de calor que a substância troca (ganha ou perde), por unidade de massa, durante a mudança de estado, mantendo-se constante a temperatura.

Unidade: cal/g

• QUANTIDADE DE CALOR LATENTE

Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 20. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um

estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0 oC Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será: Dados: calor de fusão do gelo 80 cal g C= ×°

a) 40 b) 400 c) 4.000

MUDANÇAS DE FASE OU DE ESTADO DE AGREGAÇÃO

CALOR LATENTE (L)

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Prof. Eduardo Cavalcanti d) 40.000 e) 50.000

Comentário: Q m L Q 500 80 Q 40.000 cal= × Þ = × Þ = Resposta: D • CURVA DE AQUECIMENTO DA ÁGUA

• A: aquecimento do gelo • B: fusão do gelo (a 0 °C) • C: aquecimento da água líquida • D: vaporização da água líquida (a 100 °C)

• E: aquecimento do vapor Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 21. (Prof. Eduardo Cavalcanti) O gráfico

abaixo indica o comportamento térmico de 10 g de uma substância que, ao receber calor de uma fonte, passa integralmente da fase sólida para a fase líquida.

O calor latente de fusão dessa substância, em cal/g, é igual a: a) 70 b) 80 c) 90 d) 100 e) 200

Comentário:

Q 1.000 300Q m L L L L 70 cal gm 10

-= × Þ = Þ = Þ =

Resposta: A • CURVA DE RESFRIAMENTO DA ÁGUA

• A: resfriamento do vapor • B: condensação do vapor (a 100 °C) • C: resfriamento da água líquida • D: solidificação da água (a 0 °C) • E: resfriamento do gelo

Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 22. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Podemos

estimar quanto é o dano de uma queimadura por vapor da seguinte maneira: considere que 0,60 g de vapor condense sobre a pele de uma pessoa. Suponha que todo o calor latente é absorvido por uma massa de 5,0 g de pele. Considere que o calor específico da pele é igual ao da água: c = 1,0 cal/(g oC). Considere o calor latente de vaporização da água como Lv = 1000/3 = 333 cal/g. Calcule o aumento de temperatura da pele devido à absorção do calor, em oC. a) 0,60 b) 20 c) 40 d) 80 e) 333

Comentário:

15

Prof. Eduardo Cavalcanti A quantidade de calor trocada pelo vapor para condensar é igual ao calor sensível responsável por aumentar a temperatura da pele.

latente sensívelQ Q=

v v pm L m c TΔ× = × ×

v v

p

10000,6 g cal / gm L 3T 40 Cm c 5 g 1cal / g C

Δ××

= = = °× × × °

Resposta: C Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 23. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Materiais

com mudança de fase são bastante utilizados na fabricação de tecidos para roupas termorreguladoras, ou seja, que regulam sua temperatura em função da temperatura da pele com a qual estão em contato. Entre as fibras do tecido, são incluídas microcápsulas contendo, por exemplo, parafina, cuja temperatura de fusão está próxima da temperatura de conforto da pele, 31oC. Considere que um atleta, para manter sua temperatura interna constante enquanto se exercita, libere 1,5 x 104 J de calor através da pele em contato com a roupa termorreguladora e que o calor de fusão da parafina é LF = 2,0 x 105 J/kg. Para manter a temperatura de conforto da pele, a massa de parafina encapsulada deve ser de, no mínimo, a) 500 g b) 450 g c) 80 g d) 75 g e) 13 g

Comentário: Dado: 4 5Q 1,5 10 J; L 2 10 J / kg.= ´ = ´ Aplicando a equação do calor latente:

Resposta: D 24. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Num dia em que

a temperatura ambiente é de 37oC uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J. Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração? a) 0,08 g b) 0,44 g c) 1,30 g d) 1,80 g e) 80,0 g

Comentário: A potência utilizada na evaporação da água é 20% da potência total necessária para manter o metabolismo.

U T UP 20% P 0,2 120 P 24W.= = ´ Þ = O calor latente de vaporização é:

cal J JL 540 4 L 2.160 .g cal g

= ´ Þ =

Combinando as expressões da potência e do calor latente:

Resposta: E Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 25. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um 1chef de

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Prof. Eduardo Cavalcanti cuisine precisa transformar 10 g de gelo a 0 oC em água a 40oC em 10 minutos. Para isto utiliza uma resistência elétrica percorrida por uma corrente elétrica que fornecerá calor para o gelo. Supondo-se que todo calor fornecido pela resistência seja absorvido pelo gelo e desprezando-se perdas de calor para o meio ambiente e para o frasco que contém o gelo, a potência desta resistência deve ser, em watts, no mínimo, igual a:

Dados da água: Calor específico no estado sólido: 0,50 cal/g oC Calor específico no estado líquido: 1,0 cal/g oC Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g Adote 1 cal = 4 J 1chefe de cozinha a) 4 b) 8 c) 10 d) 80 e) 120

Comentário: 1 1 1

2 2 2

t 1 2 t t

Q m L Q 10 80 Q 800 calQ m c Q 10 1 (40 0) Q 400 calQ Q Q Q 1.200 cal Q 4.800 J

Q 4.800P P P 8 J s P 8 Wt 10 60

ΔΘ

Δ

= × Þ = × Þ =

= × × Þ = × × - Þ =

= + Þ = Þ =

= Þ = Þ = Þ =×

Resposta: B Assista em http://www.gabaritooficial.com.br/curso/go163451421/0001/2/ 26. (Prof. Eduardo Cavalcanti) Um buffet foi

contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10 oC. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25 oC determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0 oC, necessário para obter água à temperatura de 10 oC. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado.

Dados: - densidade da água 31g cm ;= - calor específico da água 1cal g C;= × ° - calor de fusão do gelo 80 cal g C;= ×° e - calor específico do gelo 0,5 cal g C= ×° a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6

Comentário:

Resposta: D • SUPERFUSÃO

Fenômeno em que uma substância permanece no estado líquido em temperaturas inferiores ao seu ponto de solidificação.

• DIAGRAMA DE FASES DO DIÓXIDO DE

CARBONO (CO2) E DA ÁGUA

DIAGRAMA DE FASES

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Prof. Eduardo Cavalcanti

ü Curva de fusão ① Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e líquida. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

ü Curva de vaporização ② Delimita as regiões correspondentes às fases líquida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

ü Curva de sublimação ③ Delimita as regiões correspondentes às fases sólida e de vapor. Cada ponto dela é representativo de um estado de equilíbrio entre essas fases.

ü Ponto triplo ou tríplice (T) Estado comum às três curvas; é representativo do equilíbrio entre as três fases da substância.

• FLUXO DE CALOR

Em que Q é a quantidade de calor transmitida e Δt é o intervalo de tempo. Unidades do fluxo de calor: cal/s, cal/min, W. • CONDUTA TÉRMICA Transmissão em que a energia térmica se propaga por meio da agitação molecular. Lei de Fourier:

Em que K é o coeficiente de condutibilidade térmica do material.

Os bons condutores, como os metais,

têm valor elevado para a constante K; já os isolantes térmicos (madeira, isopor, lã etc.) têm valor baixo para a constante K. 27. ENEM (LIBRAS)) É muito comum

encostarmos a mão na maçaneta de uma porta e temos a sensação de que ela está mais fria que o ambiente. Um fato semelhante pode ser observado se colocarmos uma faca metálica com cabo de madeira dentro de um refrigerador. Após longo tempo, ao encostarmos uma das mãos na parte metálica e a outra na parte de madeira, sentimos a parte metálica mais fria. Fisicamente, a sensação térmica mencionada é explicada da seguinte forma: a) A madeira é um bom fornecedor de

calor e o metal, um bom absorvedor. b) O metal absorve mais temperatura

que a madeira. c) O fluxo de calor é maior no metal que

na madeira. d) A madeira retém mais calor que o

metal. e) O metal retém mais frio que a

madeira. Comentário: Como o metal apresenta maior condutividade

PROPAGAÇÃO DO CALOR

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Prof. Eduardo Cavalcanti térmica que a madeira, ele absorve calor mais rapidamente da mão da pessoa, ocorrendo maior fluxo de calor para o metal do que para a madeira. Isso dá à pessoa a sensação térmica de que o metal está mais frio. Resposta: C 28. (ENEM PPL) Em dias com baixas

temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles. A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque a) possui a propriedade de gerar calor. b) é constituída de material denso, o

que não permite a entrada do ar frio. c) diminui a taxa de transferência de

calor do corpo humano para o meio externo.

d) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico.

e) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por condução.

Comentário: A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente. Resposta: C 29. (ENEM) Num experimento, um

professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona

em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior. O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá a) mais rapidamente na bandeja de

alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.

b) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.

c) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.

d) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.

e) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.

Comentário: Na bandeja de alumínio o derretimento do gelo é mais rápido do que na bandeja de plástico, pois o metal tem maior condutividade térmica que o plástico, absorvendo mais rapidamente calor do meio ambiente e cedendo para o gelo. Resposta: A • CONVECÇÃO TÉRMICA Transmissão da energia térmica, que ocorre nos fluidos, devido à movimentação do próprio material aquecido, cuja densidade varia com a temperatura.

ü Correntes de convecção

- Ascendente, formada por fluido quente. - Descendente, formada por fluido frio.

30. (ENEM 2ª APLICAÇÃO) Para a

instalação de um aparelho de ar-condicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos

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Prof. Eduardo Cavalcanti (líquidos e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente. A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque a) diminui a umidade do ar dentro do

cômodo. b) aumenta a taxa de condução térmica

para fora do cômodo. c) torna mais fácil o escoamento da

água para fora do cômodo. d) facilita a circulação das correntes de

ar frio e quente dentro do cômodo. e) diminui a taxa de emissão de calor

por parte do aparelho para dentro do cômodo.

Comentário: A colocação do aparelho na parte superior do cômodo facilita o processo da convecção. O ar quente, ao passar pelo aparelho resfria-se, descendo. O ar da parte de baixo sobe e o processo se repete, homogeneizando mais rapidamente o ar no interior do cômodo. Resposta: D • IRRADIAÇÃO TÉRMICA Transmissão da energia térmica devido às ondas eletromagnéticas denominadas raios infravermelhos. 31. (ENEM PPL)

Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem? a) Convecção e condução. b) Convecção e irradiação. c) Condução e convecção. d) Irradiação e convecção. e) Irradiação e condução.

Comentário: A propagação da energia do Sol à Terra é por irradiação. As luvas são feitas de materiais isolantes térmicos (lã, couro etc.) dificultando a condução do calor. Resposta: E

ü Efeito estufa

Substâncias presentes na atmosfera terrestre (CO2, vapor de água, metano etc.) limitam a transferência de calor da Terra para o espaço, durante a noite, mantendo assim um ambiente adequado para a vida. A intensificação desse efeito, devido à ação humana, está provocando o aquecimento global, com graves consequências para o planeta.

ü Garrafa térmica

Dispositivo no qual são minimizados os três processos de transmissão do calor. O vácuo entre as paredes duplas evita a condução. A boa vedação da garrafa evita a convecção. O espelhamento interno e externo das paredes reduz ao mínimo a irradiação.