termofísica eletrostática eletrostática

TERMOFÍSICA
ELETROSTÁTICA
Dado: constante eletrostática do vácuo K = 9 × 109 N.m2/C2
1. Defina calor.
2. Calcule a capacidade térmica de um corpo de massa 100 g e de
material de calor específico sensível 0,10 cal/g°C
3. Um bloco de metal tem capacidade térmica
mica de 10 cal/°C. Qual a
quantidade de calor liberada, em cal, por esse bloco, quando sos
frer um abaixamento
mento de temperatura de 25°C para 20°C?
4. Uma fonte fornece calor a um corpo de
massa 800g na razão de 1,0 . 103 cal/min.
O gráfico a seguir dá a temperatura (q) do
corpo em função do tempo (t).
1. Em um ponto do espaço existe um campo elétrico de intensidade
igual a E = 5 × 105 N/C, de direção horizontal e sentido para direidire
ta. Colocando nesse ponto uma partícula
partí
com carga elétrica
q = -5 × 10-6 C, caracterize a força elétrica a que ela ficará sujeita.
2. Coloca-se
se um corpo de prova puntiforme e de carga elétrica
q = +2 µC em um ponto P de uma região de vácuo e verifica-se
que este corpo fica sujeito a uma força elétrica de intensidade 10
N, para a direita. Determine:
a) a intensidade e a orientação do vetor campo elétrico no ponto
P;
Determine:
a) a capacidade térmica do corpo;
b) a distância do ponto P ao corpo cuja carga gera esse campo
elétrico, sabendo que essa carga é Q = +50 µC.
tância que constitui
cons
o corpo.
b) o calor específico sensível da substância
5. Quando uma pessoa mede a temperatura
ratura de outra com um terte
mômetro clínico, ela sempre
pre espera um determinado tempo, em
que o termômetro fica em contato com o corpo da pessoa que ese
tá tendo sua temperatura medida. Qual a necessidade dessa ese
pera?
6. Um corpo A tem massa igual ao dobro da de B e calor específico
sensível igual a um terço do de B. Misturando A a 10°C com B a
40°C, qual será a temperatura fi nal de equilíbrio térmico?
7. Misturam-se
se 200 g de água a 0 ºC com 250 g de outro líquido a 40
ºC, obtendo-se
se o equilíbrio térmico a 20 ºC. Desprezando perdas
de calor para o meio ambiente, calcule o calor específico desse
outro líquido.
3. Considere a carga elétrica Q = 6 µC, colocada no vácuo, e dois
pontos A e B,, a distâncias iguais a 10 cm e 30 cm, respectivamenrespectivame
te, dessa carga.
Q
A
B
a) Represente os vetores
etores campos elétricos em cada desses ponpo
tos e calcule as respectivas intensidades.
b) Calcule a intensidade da força elétrica atuante sobre q = 2 µC
quando colocada em cada um desses pontos.
4. Um pêndulo elétrico tem comprimento
sa tem massa m = 10 g e carga q.
= 1 m; a esfera suspen-
9. Têm-se 100 gramas de gelo a –60°
60°C. Qual a quantidade de calor
que deve ser fornecida a essa massa, sob pressão normal, para
fundi-la completamente?
g
E
0,6 m
Dados: cgelo = 0,50 cal/g°C; Lgelo = 80 cal/g
10. Quantas calorias são necessárias para transformar 20 gramas de
gelo a –10°C em vapor de água a 120°C?
Dados: calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/g°C;
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;
calor específico sensível da água = 1,0 cal/g°C;
calor latente de vaporização da água = 540 cal/g;
calor específico sensível do vapor d’água = 0,45 cal/g°C.
11. Num recipiente de paredes adiabáticas, têm-se
se 60g de gelo a 0°C.
Colocando-se 100g
00g de água neste recipiente, metade do gelo se
funde. Qual é a temperatura inicial da água, sabendo-se
sabendo
que o calor específico latente de fusão do gelo é 80cal/g?
Dado: calor específico sensível da água = 1,0cal/g°C
RESPOSTAS
1] Calor é energia térmica em trânsito, motivado por uma diferendifere
ça de temperatura.
2] 10 cal/°C.
l=
1m
8. O calor de fusão do gelo é aproximadamente 80 cal/g. Quantas
calorias são necessárias para fundir 4 g de gelo?
3] 50 cal.
4] a) 400cal/°C; b) 0,50 cal/g°C.
5] para que o termômetro entre em equilíbrio térmico
térmi com o corpo
do paciente.
6] 28 ºC;
7] 0,8 cal/g⋅ºC.
8] 320cal.
320cal
9]11kcal.
10] 14.680 cal.
11] 24 ºC.
ºC
Além da gravidade, g = 10 m/s2, age também no sistema um cam3
po elétrico horizontal E = 7,5×10
7,5
N/C, como indicado na figura.
No vácuo, o pêndulo estaciona com a esfera à distância d = 0,6 m
da vertical pelo ponto de suspensão. Determine q, em µC.
5. Duas partículas com cargas iguais a Q = 4µC cada uma ocupam
os vértices A e B de um triângulo eqüilátero, ABC, de lado 30 cm,
no vácuo.
a) Determine a intensidade do vetor campo elétrico no vértice C.
b) Qual seria e intensidade desse vetor nesse mesmo ponto se as
cargas tivessem esse mesmo módulo, mas sinais opostos?
6. Têm-se
se três esferas metálicas idênticas, A, B e C, fixas a suportes
eletricamente isolantes, estando apenas a esfera A eletrizada positivamente. Para eletrizar as outras duas esferas, realizam-se
realizam
os
seguintes procedimentos:
I - aproximam-se
se as esferas A e B (Fig. 1);
II - liga-se a esfera B à terra através de um fio condutor (Fig. 2);
III - corta-se
se o contato da esfera B com a terra, afasta-se para
longe a esfera A, ligando o fio entre as esferas B e C (Fig. 3);
IV - elimina-se
se definitivamente o fio condutor (Fig. 4).
a) Qual a intensidade das forças eletrostáticas trocadas entre elas
nessa situação inicial? Essas forças são de atração ou repulsão? Justifique.
b) Se esferas são colocadas em contato e recolocadas nas posições iniciais, qual a intensidade das novas forças de interação
entre elas? Essas forças são de atração ou repulsão? Justifique.
10. (Fuvest) A uma distância d uma da outra, encontram-se duas
esferinhas metálicas idênticas, de dimensões desprezíveis, com
cargas – Q e + 9Q. Elas são postas em contato e, em seguida,
colocadas à distância 2d uma da outra. Determine a razão entre
os módulos das forças eletrostáticas trocadas entre as esferas
APÓS o contato e ANTES do contato.
11. Duas partículas eletrizadas com cargas de mesmo módulo, situadas no vácuo, repelem-se com forças elétricas de intensidade F =
2,5 N, quando a distância entre elas é 30 cm, no vácuo (k = 9 ×
109 N.m2/C2). Determine as cargas elétricas dessas partículas.
a) Através de uma seta (↑ ou ↓), indique na Fig. 2 o sentido do
fluxo de partículas através do fio. Através de um sinal algébrico
(+ ou –) indique a carga dessas partículas.
12. Duas partículas com cargas Q1 = 2 µC e Q2 = 8 µC estão fixas e
separadas por uma distância de 60 cm, no vácuo.
Q1
b) Através de uma seta (→ ou ←) indique na Fig. 3 o sentido do
fluxo de partículas através do fio.
c) Se o fluxo entre a esfera B e a terra foi de 5 ×1013 partículas,
qual a carga que ela adquire? Considere a carga elementar, e
= 1,6 ×10–19 C.
d) Na Fig. 4, calcule as cargas das esferas B e C.
7.
(Unicamp) Cada uma das figuras a seguir representa duas bolas
metálicas de massas iguais, em repouso, suspensas por fios isolantes. As bolas podem estar carregadas eletricamente. O sinal da
carga esta indicado em cada uma delas. A ausência de sinal indica que a bola está descarregada. O ângulo do fio com a vertical
depende do peso da bola e da força elétrica devido à bola vizinha.
10
0
Q2
10
20
30
40
50
60
70
x
(cm)
Uma terceira partícula com carga q = 3 µC deverá ser colocada
sobre o eixo x que passa pelas duas primeiras.
a) Qual a intensidade da força elétrica resultante sobre essa terceira partícula, se colocada entre as outras duas, no ponto médio?
b) Qual a abscissa do ponto onde essa terceira partícula ficará
sujeita a uma força elétrica resultante nula?
13. Três partículas com cargas elétricas iguais estão alinhadas como
na figura. A partícula C exerce sobre B uma força de intensidade
F = 2×10−6 N. Determine a intensidade da resultante das forças elétricas sobre a partícula B.
C
B
A
2 cm
4 cm
. Respostas
2] a) 5×106 N/C; b) 30 cm.
1] 2,5 N, para esquerda.
3] a)
Indique em cada caso se a figura está certa (C) ou errada (E).
8. Cerca de 50 bilhões de elétrons são retirados de uma esfera
metálica e colocados em outra esfera idêntica. A seguir essas esferas são colocadas a 20 cm de distância uma da outra, no vácuo
(k = 9 × 109 N.m2/C2). Sendo e = 1,6×10–19, calcule:
a) o módulo da carga adquirida por cada esfera.
b) a intensidade das forças atrativas trocadas entre elas.
c) a intensidade da força exercida sobre uma partícula de carga
q = 2×10–9 C colocada no ponto médio do segmento que liga
as esferas.
9. Duas esferas metálicas idênticas estão eletrizadas com cargas
6 µC e -4 µC e separadas pela distância de 30 cm, no vácuo, onde
k = 9×109 N.m2/C2.
EA = 5,4×106 N/C e EB = 6×105 N/C; b) 10,8 N e 1,2 N.
5] a) ≅6,9×105N e 4×105 N.
4] -10.
6] a) (↑); (–); b) (→); c) -8×10–6 C; QB = QC = -4×10–6 C.
7] a) E; b) C; c) E; d) E; e) E.
8] a) 8×10–9C; b) 1,44×10-5 C; c) 2,88×10-5 C.
9] a) 2,4 N (atração); b) 0,1 N (repulsão)
10] 4/9.
11] ± 5 µC.
12] a) 1,8 N; b) 20 cm.
13] 6 × 10–6 N.