Diga com suas palavras o que você entende por estado de equilíbrio térmico

diferença no tempo de aquecimento do solo e da água. Na areia que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão e provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria, a água do mar. Durante a noite, ocorre um processo inverso: como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira: a) (x) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar. b) ( ) O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia. c) ( ) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente. d) ( ) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar. 9 Há deslocamento de matéria no fenômeno da propagação de calor por convecção? R.: Sim, em virtude da diferença de densidades existentes, o fluido aquecido fica menos denso e sobe, ocupando o lugar do fluido mais frio que consequentemente desce, como, por exemplo, o aquecimento de água dentro de uma chaleira. 10 Por que o congelador deve situar-se na parte superior de um refrigerador? R.: Porque o ar frio é mais denso e desce refrigerando a parte de baixo também. Se o congelador fosse embaixo, o ar não circularia com a mesma facilidade. 31UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L TÓPICO 3 1 Diga, com suas palavras, o que você entende por “estado de equilíbrio térmico” e o que isso tem a ver com a lei zero. R.: Equilíbrio térmico é o estado em que os corpos atingiram a mesma temperatura e cessa o fluxo de calor entre eles. O enunciado da lei zero da termodinâmica afirma que, quando dois ou mais corpos estão com a mesma temperatura, eles estão em equilíbrio térmico. 2 Todos os calores são iguais? Quero dizer, o calor absorvido por uma substância para elevar a sua temperatura é o mesmo que ela absorve para mudar de fase? R.: Não. Vimos que podemos usar o calor para elevar a temperatura de um corpo e, nesse caso, estamos falando de calor sensível ou para fazê-lo mudar de fase e, nesse caso, referimo-nos ao calor latente 3 Um corpo de massa 200 g a 50ºC, feito de um material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água a 90 ºC. O equilíbrio térmico se estabelece a 60ºC. Sendo 1 cal/gºC o calor específico da água, e admitindo só haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine o calor específico do material desconhecido. R.: 4 O alumínio tem calor específico 0,20 cal/gºC e a água 1 cal/gºC. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e à temperatura de 80ºC, é colocado em 10 g de água à temperatura de 20ºC. Considerando que só há trocas de calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura final de equilíbrio térmico. 32 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L 5 Sabendo que 1 cal = 4,18 J: a) transforme 30 kcal em joule; 6 Um frasco contém 30 g de água a 0 0C. Em seu interior é colocado um objeto de 60 g de alumínio a 90 0C. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente 1,0 cal/g0C e 0,10 cal/g0C. Supondo não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, qual será a temperatura de equilíbrio desta mistura? 7 Quantas calorias alimentares um atleta deve ingerir diariamente, sabendo-se que em suas atividades consome 1,5 kW? Dados: 1 caloria alimentar = 1 kcal, 1 cal = 4,18 J. R.: R.: 33UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 8 Ache a quantidade de calor que devemos retirar de uma massa de 500 g de água líquida a 0 0C para que ela se transforme em gelo a 0 0C. Dado Lf = -80 cal/g. 9 Quanta água a 25 0C é preciso verter sobre 200 g de gelo a -10 0C a fim de se obter água a 8 0C? Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/ g0C, calor específico da água = 1,0 cal/g0C, calor latente = 80 cal/g. 10 O fenômeno “El Niño”, que causa anomalias climáticas nas Américas e na Oceania, consiste no aumento da temperatura das águas superficiais do Oceano Pacífico. a) Suponha que o aumento de temperatura associado ao “El Niño” seja de 2 0C em uma camada da superfície do oceano 1.500 km de largura, 5.000 km de comprimento e 10 m de profundidade. Considere o calor específico da água do oceano como sendo 4.000 J/kg0C e a densidade da água do oceano 1.000 kg/m3. Qual a energia necessária para provocar esse aumento de temperatura? 34 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L b) Atualmente o Brasil é capaz de gerar energia elétrica a uma taxa aproximada de 60 GW (6,0 x 1010 W). Se toda essa potência fosse usada para aquecer a mesma quantidade de água, quanto tempo seria necessário para provocar o aumento de temperatura de 2 0C? 11 Em um processo, sob pressão constante de 3,0 x 105 N/m2, um gás aumenta seu volume de 9 x 10-6 m3 para 13 x 10-6 m3. Calcule o trabalho realizado pelo gás. 12 Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA representado a seguir. Calcule o trabalho realizado pelo ciclo. 35UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L 13 Um sistema termodinâmico, ao passar de um estado inicial para um estado final, tem 300 J de trabalho realizado sobre ele, liberando 90 cal. Usando a primeira lei da termodinâmica e considerando que uma caloria é 4,18 J, indique o valor, com os respectivos sinais, das seguintes grandezas: W = 300 J Q = 376 J ∆U = 76 J 14 Você projeta uma máquina de Carnot que funciona entre as temperaturas de 600 K e 300 K e realiza 250 J de trabalho em cada ciclo. a) Calcule a eficiência de sua máquina. b) Calcule a quantidade de calor descartada durante a compressão isotérmica a 400 K. 15 Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclos entre as temperaturas de 30 0C e 230 0C. Em cada ciclo ela recebe 1.000 cal da fonte quente. Qual é o máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior? 36 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES UNIASSELVI NEAD F Í S I C A G E R A L TÓPICO 4 1 Por que podemos dizer que a carga elétrica é quantizada? R.: Porque a quantidade de carga é sempre um múltiplo do módulo da carga elementar. 2 Por que a carga elétrica em seu estado natural é nula? R.: Porque num estado natural um átomo apresenta a mesma quantidade de prótons e elétrons. 3 Qual o enunciado do princípio de atração e repulsão entre cargas elétricas? R.: Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem. 4 Como é possível a estabilidade do núcleo do átomo, se cargas de mesmo sinal repelem-se mutuamente? R.: Devido à existência de outra força, mais intensa, conhecida com o nome de força nuclear. 5 O que afirma o princípio de conservação das cargas elétricas? R.: A quantidade total de carga de um sistema eletricamente isolado é constante. 6 O que se entende por elétron livre? 37UNIASSELVI NEAD GABARITO DAS AUTOATIVIDADES F Í S I C A G E R A L R.: São elétrons fracamente ligados ao núcleo de um átomo e que, por esse motivo, apresentam grande mobilidade. 7 Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã, inicialmente neutros. Como fica a distribuição das cargas nos dois corpos, e os seus sinais são iguais ou opostos? R.: O vidro perde elétrons, ou seja, fica carregado positivamente, e o pano de lã ganha elétrons, ou seja, fica carregado negativamente. Ambos possuem a mesma quantidade de carga líquida,