CENTRO EDUCACIONAL CHARLES DARWIN

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EX.RECUP.PARCIAL.FÍSICA.2S.2014
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FÍSICA 1
Estude nas apostilas: ‘Física Térmica’ e ‘Termodinâmica’
Curiosidade: a unidade de temperatura no SI (Sistema Internacional de Unidades) é o
Kelvin. Na tabela seguinte, alguns valores importantes em Kelvin.
Temperatura (KELVIN)
0
1
4
20
45
90
234
273
373
900
2.000
3.000
4.500
6000 a 10000
6.170
300.000
106
7
10 a 108
108
Fenômeno Físico
Zero absoluto (- 273ºC)
Solidificação do hélio
Ebulição do hélio
Ebulição do hidrogênio
Temperatura na superfície de Plutão
Ebulição do oxigênio
Fusão do mercúrio
Solidificação da água
Ebulição da água
Vapor no interior de máquinas térmicas
Fusão do ferro
Filamento das lâmpadas de tungstênio
Ebulição do carbono
Temperatura na superfície das estrelas
Ebulição do tungstênio
Temperatura no centro de uma explosão atômica
Temperatura da coroa solar
Temperatura no interior das estrelas
Bomba de hidrogênio
2. O gráfico a seguir relaciona as escalas
termométricas Celsius e Fahrenheit. Deduza
a equação de conversão de temperatura da
escala Fahrenheit para a escala Celsius.
Exercícios
1. Assinale a alternativa ERRADA.
a) Dizemos que dois corpos estão em
equilíbrio térmico, quando após trocarem calor, atingem a mesma temperatura.
b) Temperatura é uma grandeza física
escalar que representa uma "energia em
trânsito" passando dos corpos mais
quentes para os corpos mais frios.
c) Temperatura é uma grandeza física
escalar que mede o grau de agitação
térmica das moléculas que constituem
um corpo.
d) Calor não é uma variável de estado
(propriedade ou característica do
sistema ou corpo).
e) Calor é uma grandeza física escalar que
representa uma "energia em trânsito"
passando dos corpos de maior
temperatura para os corpos de menor
temperatura.
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3. Um mecânico, medindo a temperatura de
um dispositivo do motor do carro de um
turista americano, usou um termômetro
cuja leitura digital foi de 92°C. Para que o
turista entendesse melhor a temperatura, o
mecânico teve de converter a unidade de
temperatura para Fahrenheit. Qual foi o
valor da temperatura após esta conversão?
5. Um estudante da segunda série do ensino
médio aprendeu com o seu professor de
física que qualquer pessoa pode "criar" uma
escala de temperatura, desde que
estabeleça duas referências conhecidas
como pontos fixos.
Esse estudante
escolheu a sua idade, 17 anos, como
equivalente ao ponto de fusão do gelo, e a
idade de seu avô, 72 anos, como
correspondente ao ponto de vaporização
da água. Que valor indicaria sua escala
para a temperatura de 20ºC?
4. Os termômetros de uma base inglesa na
Antarctica indicam – 58ºF. Se você estivesse lá, fazendo parte de uma expedição
científica brasileira, relataria esta temperatura para o Brasil como sendo:
a)
b)
c)
d)
e)
6. Uma panela com água é aquecida de 25°C
para 80°C. A variação de temperatura
sofrida pela panela com água, nas escalas
Kelvin e Fahrenheit, foi de:
– 14ºC
– 36ºC
– 50ºC
– 58ºC
– 136ºC
a)
b)
c)
d)
e)
2
32 K e 105°F
55 K e 99°F
57 K e 105°F
99 K e 105°F
105 K e 32°F
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7. Um atleta envolve sua perna com uma
bolsa de água quente, contendo 600 g de
água à temperatura inicial de 363 K. Após
quatro horas ele observa que a temperatura
da água é de 42°C. A perda média de
energia da água por unidade de tempo é:
a)
b)
c)
d)
e)
b) o calor específico da substância na fase
sólida (em cal/g°C).
2 cal/s
18 cal/s
120 cal/s
8,4 cal/s
1 cal/s.
c) o calor específico da substância na fase
líquida (em cal/g°C).
8. 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  do corpo em função do
tempo t é dada pelo gráfico a seguir. Com
relação à substância que constitui o corpo,
calcule:
9. Qual o valor (em unidades de quilocalorias)
do calor liberado quando cem gramas de
vapor d'água a 100°C condensam para
formar água líquida a 10°C?
a) o calor latente de fusão (em cal/g).
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10. Um ser humano adulto e saudável consome, em média, uma potência de 120 J/s.
Uma "caloria alimentar" (1 kcal) corresponde, aproximadamente, a 4x103J. Para
nos mantermos saudáveis, quantas "calorias
alimentares" devemos utilizar, por dia, a
partir dos alimentos que ingerimos?
12. Uma panela de ferro (c = 0,1 cal/g°C) de
massa 2500 g está à temperatura de 20°C.
Derrama-se nela 1 litro de água a 80°C.
Admitindo que só haja trocas de calor entre
a água e a panela, determine a temperatura
de equilíbrio térmico.
11. 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 as perdas de
calor.
13. A temperatura adequada de um soro
fisiológico utilizado para limpeza de lentes
de contato é 35°C. A quantidade de soro a
20°C, que deve ser adicionada a 100
gramas desse soro à 80°C, para a mistura
atingir a temperatura adequada é:
a)
b)
c)
d)
e)
4
300 g
250 g
200 g
150 g
100 g
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14. Uma fonte de calor, ao nível do mar,
funcionou durante 20 minutos, fornecendo
a quantidade de calorias necessárias para
que 400 g de água a 15ºC, contida em um
recipiente, entrassem em ebulição e, além
disso, 100 g da quantidade inicial se
transformassem em vapor de água a
100ºC. Desprezando a capacidade térmica
do recipiente, determine a potência da
fonte de calor, em cal/min.
a) o calor latente de fusão da substância
em cal/g.
Dados para a água: calor específico =
1,0 cal/gºC; calor latente de vaporização =
540 cal/g.
b) o calor específico da substância no
estado líquido cal/g°C.
15. Um experimento foi realizado com o
objetivo de determinar as características de
determinada substância. Para tanto,
tomou-se uma amostra de 200 g da
substância a -40ºC. Com a ajuda de uma
fonte térmica de potência constante e igual
a 1200 W e evitando qualquer perda de
calor para o meio ambiente, traçou-se a
curva de aquecimento representada
abaixo. Assumindo 1 cal = 4 J, determine:
c) a temperatura de vaporização da
substância.
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16. Maria e João estavam acampados numa
praia de Vila Velha onde a temperatura
ambiente era de 30ºC ao meio-dia. Nesse
momento, verificaram que 3 litros de água
mineral estavam na temperatura ambiente.
Resolveram então baixar a temperatura da
água, colocando-a num recipiente de
isopor juntamente com 400 g de gelo
a
-5ºC. Após a fusão de todo o gelo, e
estabelecido o equilíbrio térmico da
mistura, qual era aproximadamente a
temperatura da água?
Considerando:
Um
calorímetro
de
capacidade térmica 40 cal/C contém 110 g
de água (calor e específico = 1 cal/gC) a
90C. Determine a massa de alumínio
(calor específico = 0,2 cal/gC), a 20C,
que devemos colocar nesse calorímetro
para esfriar a água a 80C.
Dados: Lgelo = 80 cal/g; cgelo= 0,5 cal/gºC;
cágua = 1,0 cal/gºC.
17. O calorímetro é um aparelho isolado
termicamente do meio ambiente e muito
utilizado nos laboratórios de ensino para
fazer estudos sobre a quantidade de calor
trocado entre dois ou mais corpos de
temperaturas diferentes. É um recipiente de
formato bem simples, construído para que
não ocorra troca de calor entre o mesmo e
o meio ambiente. Existem vários formatos
de calorímetro, mas todos são constituídos
basicamente de um recipiente de paredes
finas que é envolvido por outro recipiente
fechado de paredes mais grossas e
isolantes. O calorímetro evita a entrada ou
saída de calor assim como na garrafa
térmica, por exemplo.
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2. Um caminhão tanque, após percorrer um
longo trajeto enfrentando um clima muito
seco, adquire carga elétrica devido ao atrito
com o ar. Após algumas medidas, verificase que sua carga elétrica, em módulo, é de
80 nC.
FÍSICA 2
1. Considere
duas
pequenas
esferas
condutoras iguais, separadas pela distância
d = 20 cm. Uma delas possui carga
Q1 = +6µC e a outra Q2 = –2µC.
a) Calcule a intensidade da força elétrica F
de uma esfera sobre a outra,
declarando se a força é atrativa ou
repulsiva.
a) Determine a quantidade de elétrons
trocados entre o ar e a superfície do
caminhão.
b) A seguir, as esferas são colocadas em
contato uma com a outra e recolocadas
em suas posições originais. Para esta
nova situação, calcule a força elétrica F
de uma esfera sobre a outra,
declarando se a força é atrativa ou
repulsiva.
b) Alguns caminhões tanque possuem
uma corrente metálica que vai se
arrastando pelo chão. Justifique a
utilidade dessa corrente.
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3. Quatro esferas metálicas e
possuem as seguintes cargas:
5. (UFU-MG) A figura abaixo representa uma
carga Q e um ponto P do seu campo
elétrico, onde é colocada uma carga de
prova q.
idênticas
Esfera A com carga Q, esfera B com carga
–2Q, esfera C com carga +2Q e a esfera
D está descarregada (neutra). Elas são
postas em contato até que atinjam o
equilíbrio elétrico, da seguinte forma:
Analise as afirmativas abaixo, observando
se elas representam corretamente o sentido
do vetor campo elétrico em P e da força
que atua sobre q.
1º - A esfera A entra em contato com a
esfera B e após atingirem o equilíbrio
elétrico elas são separadas;
2º - A nova carga da esfera A entra em
contato com a esfera D e após
atingirem o equilíbrio elétrico elas são
separadas;
3º - A esfera A, após a segunda operação,
entra em contato com a esfera C e
após atingirem o equilíbrio elétrico
elas são separadas.
Calcule a carga final da esfera A.
São corretas:
a)
b)
c)
d)
e)
6. O gerador eletrostático de Van de Graaf,
apresentado de modo extremamente
simplificado no esquema (figura A),
consiste basicamente em um condutor
esférico metálico e oco C no qual se
acumulam cargas elétricas em sua
superfície externa. Esse condutor é
sustentado por suportes isolantes, de modo
a manter a carga elétrica que armazena.
Considerando a esfera do gerador como
um corpo puntiforme, podemos representála pela forma simplificada a seguir (figura
B). Após ligarmos o gerador por algum
tempo, sua esfera adquire, através do
atrito, uma carga de –20C. Considere a
constante eletrostática do meio igual a
constante eletrostática para o vácuo. Qual
das alternativas a seguir representa a
intensidade, a direção e o sentido do
campo elétrico no ponto P situado a 30 cm
da esfera do gerador?
4. Uma carga elétrica puntiforme com 4,0C,
que é colocada em um ponto P do vácuo,
fica sujeita a uma força elétrica de
intensidade 1,2 N. O campo elétrico nesse
ponto P tem intensidade de:
a)
b)
c)
d)
e)
todas as afirmações.
apenas I, II e III.
apenas II, III e IV.
apenas III e IV.
apenas II e III.
3,0 . 105 N/C
2,4 . 105 N/C
1,2 . 105 N/C
4,0 . 10-6 N/C
4,8 . 10-6 N/C
8
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7. A mão da garota da figura toca a esfera
eletrizada de uma máquina eletrostática
conhecida como gerador de Van de Graaf.
A respeito do descrito e com os
conhecimentos adquiridos nas aulas de
laboratório de Física, são feitas as seguintes
afirmações:
Figura A
–Q
P
I.
II.
Figura B
a) 2,0  10 6
N
P
; •Q
C
b) 2,0  10 6
N
;
C
2,0  10 4
N P
; •
C
d) 2,0  10 3
N P
; •
C
3
e) 2,0  10
N
;
C
c)
III.
P
q
•
Os fios de cabelo da garota adquirem
cargas elétricas de mesmo sinal e por
isso se repelem.
O clima seco facilita o acúmulo de
cargas elétricas em um corpo,
favorecendo o fenômeno observado
no cabelo da garota.
Se um garoto encostasse na menina
da foto ele não levaria choque, pois
ele não está em contato direto com o
gerador.
Está correto o que se lê em:
a)
b)
c)
d)
e)
I, apenas.
I e II, apenas.
I e III, apenas.
II e III, apenas.
I, II e III.
P
•
8. Robert Millikan verificou experimentalmente que a carga elétrica que um corpo
adquire é sempre um múltiplo inteiro da
carga do elétron. Seu experimento consistiu
em pulverizar óleo entre duas placas
planas, paralelas e horizontais, entre as
quais havia um campo elétrico uniforme. A
maioria das gotas de óleo pulverizadas se
carrega por atrito. Considere que uma
dessas gotas negativamente carregada
tenha ficado em repouso entre as placas,
como mostra a figura.
9
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9. A figura esquematiza o experimento de
Robert Millikan para a obtenção do valor
da carga do elétron. O vaporizador borrifa
gotas de óleo extremamente pequenas que,
no seu processo de formação, são
eletrizadas e, ao passar por um pequeno
orifício, ficam sujeitas a um campo elétrico
uniforme, estabelecido entre as duas placas
A e B, mostradas na figura.
Suponha que o módulo do campo elétrico
entre as placas seja igual a 2,0.104 N/C e
que a massa da gota seja 6,4.10–15 kg.
Adote g = 10 m/s2.
a) Determine o valor da carga elétrica das
gotas de óleo.
Variando adequadamente a ddp entre as
placas, Millikan conseguiu estabelecer uma
situação na qual a gotícula mantinha-se em
equilíbrio. Conseguiu medir cargas de
milhares de gotículas e concluiu que os
valores eram sempre múltiplos inteiros de
1,6 . 10-19 C (a carga do elétron).
Em uma aproximação da investigação
descrita, pode-se considerar que uma
gotícula de massa 1,2.10-12 kg atingiu o
equilíbrio entre placas, A e B, separadas de
2 cm, estando sujeita apenas às ações dos
campos elétrico e gravitacional.
Supondo que entre as placas estabeleça-se
uma ddp de 6,0. 102 V, a carga da gotícula
será de:
b) Sabendo que o módulo da carga
elementar vale 1,6.10–19 C, calcule
quantos elétrons em excesso essa gota
possui.
a)
b)
c)
d)
e)
10
2,0 . 10–16C
3,0 . 104C
4,0 . 10–16C
8,0 . 104C
1,0 . 10–4C
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10. O gerador eletrostático de Van de Graaf,
apresentado de modo extremamente
simplificado no esquema (figura A),
consiste basicamente em um condutor
esférico metálico e oco C no qual se
acumulam cargas elétricas em sua
superfície externa. Esse condutor é
sustentado por suportes isolantes, de modo
a manter a carga elétrica que armazena.
Considerando a esfera do gerador como
um corpo puntiforme, podemos representála pela forma simplificada a seguir (figura
B). Após ligarmos o gerador por algum
tempo, sua esfera adquire uma carga de
+20C. Considere a constante eletrostática
do meio igual a do vácuo. O trabalho
realizado pela força elétrica quando uma
carga q=+2C é deslocada do ponto A ao
ponto B do campo elétrico é de:
11. Como
Um relâmpago é uma corrente elétrica muito
intensa que ocorre na atmosfera. Ele é
consequência do movimento de elétrons de
um lugar para outro. Os elétrons se movem
tão rapidamente que fazem o ar ao seu redor
se iluminar, resultando em um clarão, e se
aquecer, provocando o som do trovão.
Segundo o Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais (Inpe), o relâmpago tem normalmente "duração de meio segundo e trajetória
com comprimento de 5 km a 10 km." Em
termos gerais, existem dois tipos de
relâmpagos: relâmpagos na nuvem (cerca de
70% do total) e relâmpagos no solo, que
podem ser do tipo nuvem-solo ou solonuvem. Mais de 99% dos relâmpagos no solo
são relâmpagos nuvem-solo.
De acordo com o Inpe, a afirmação de que
espelhos atraem raios não passa de um mito.
O instituto também afirma que um relâmpago pode cair mais de uma vez no mesmo
lugar. Outra curiosidade: em média, aviões
comerciais são atingidos por relâmpagos uma
vez por ano, em geral, durante procedimento
de aterrissagem ou decolagem, em alturas
inferiores a cerca de 5 km. "Como
consequência, a fuselagem do avião sofre
avarias superficiais", informou o Inpe.
Figura A
30cm
20cm
B
A
+Q
Uma nuvem está com o potencial de
8.106 V em relação a terra. Uma carga de
40 C é transferida por um raio da nuvem a
terra. O trabalho realizado para transferir
essa carga foi de:
Figura B
a)
b)
c)
d)
e)
surgem os relâmpagos?
6.10–5 J
9.105 J
3.104 J
6.105 J
6.10–1 J
a)
b)
c)
d)
e)
11
5,0.10–6 J
3,2.108 J
2,0.105 J
4,2.107 J
4,8.10–6 J
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12. O tubo de imagem de um televisor está
representado,
esquematicamente,
na
Figura I. Elétrons são acelerados da parte
de trás desse tubo em direção ao centro da
tela por uma diferença de potencial. Quatro
bobinas – K, L, M e N – produzem campos
magnéticos variáveis, que modificam a
direção dos elétrons, fazendo com que estes
atinjam a tela em diferentes posições,
formando uma imagem, como ilustrado na
Figura II.
Figura I
13. O gráfico mostra a variação da corrente
elétrica I, em ampère, num fio em função
do tempo t, em segundos. Qual a carga
elétrica, em Coulomb, que passa por uma
seção transversal do condutor nos primeiros
7,0 segundos?
Figura II
a)
b)
c)
d)
e)
Se em um tubo de imagem, os elétrons são
acelerados em direção à tela, cada um,
realizando um trabalho de 4.10-15 J e sendo
a carga de um elétron 1,6.10-19 C, a
diferença de potencial responsável pela
aceleração dos elétrons vale, em volts:
a)
b)
c)
d)
e)
6
14
16
20
22
6,4.10–24
4.10–5
2,4.102
2,5.104
4.105
Dados:
Carga elementar: e  1,6  1019 C ;
Constante eletrostática para o vácuo:
14. Uma das aplicações dos raios X é na
observação dos ossos do corpo humano.
N  m2
ko  9  109
;
C2
g = 10 m/s2.
12
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Os raios X são obtidos quando elétrons
emitidos por um filamento aquecido são
acelerados por um campo elétrico e
atingem um alvo metálico com velocidade
muito grande. Se 1.1018 elétrons atingem o
alvo por segundo, a corrente elétrica no
tubo, em A, é de:
a)
b)
c)
d)
e)
1,6.10-38
0,08
0,16
0,32
3,20
13
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