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1. (Upe-ssa 2 2016) É muito comum o amplo uso de aparelhos de ar-condicionado durante o verão intenso do Recife. Nessa cidade, uma residência possui uma parede de área e espessura separando o ambiente interior do exterior. Se a temperatura externa é de e deseja-se manter a interna igual a qual será o gasto por hora de aparelho ligado, considerando-se, apenas, essa parede separadora? Dados: A condutividade térmica da parede é igual a e o custo da energia elétrica em é de

a) b) c) d) e) 2. (Unicamp 2016) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura. Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido. I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador

por __________ II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por __________. III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por

__________. Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são: a) condução, convecção e radiação. b) condução, radiação e convecção. c) convecção, condução e radiação. d) convecção, radiação e condução. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto para responder à(s) questão(ões) a seguir. O uso do chuveiro elétrico representa uma parcela significativa do gasto com energia elétrica em uma casa. Nos dias de maior insolação, este gasto pode ser diminuído com o uso de aquecedores solares de água. Um modelo simples e de baixo custo, construído com garrafas plásticas de refrigerante e caixas de leite, substitui com bastante eficiência painéis solares produzidos industrialmente. Observe a fotografia de um desses painéis em que sua capacidade de aquecimento está sendo testada.



Nessa construção, dezoito canos de PVC, dispostos um ao lado do outro, estão conectados em seus extremos por dois canos horizontais. Cada um dos dezoito canos é envolvido por garrafas com o fundo cortado. Dentro de cada garrafa há uma peça obtida do corte de embalagens de leite, pintada na cor preto-fosco. Desempenhando a função de reservatório de água, foi usada uma caixa de isopor. Os dois canos horizontais estão em alturas diferentes e ambos se conectam ao reservatório de água. O cano horizontal superior se conecta ao reservatório em um ponto mais acima do ponto de conexão do cano horizontal inferior. A água preenche todo o sistema, que funciona automaticamente sem o auxílio de bombas hidráulicas, uma vez que a água na tubulação do painel, aquecida pelo Sol, torna-se menos densa e sobe. Ao procurar uma posição mais elevada, ela flui para o reservatório. 3. (G1 - cps 2016) Na descrição deste painel solar, constata-se que o fluxo natural da água obedece ao fenômeno físico denominado a) condução. b) convecção. c) irradiação. d) liquefação. e) sublimação. 4. (Ufsm 2015) Em foi construído na Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das características físicas desse material é sua condutividade térmica relativamente baixa, igual a A figura a seguir mostra como a temperatura varia através da parede do prédio.



Qual é o valor, em do módulo do fluxo de calor por unidade de área que atravessa a parede? a) b) c) d) e) 5. (Enem PPL 2014) Um engenheiro decidiu instalar um aquecedor solar em sua casa, conforme mostra o esquema.

De acordo com as instruções de montagem, para se ter um aproveitamento máximo da incidência solar, as placas do coletor solar devem ser instaladas com um ângulo de inclinação determinado. O parâmetro que define o valor do ângulo de inclinação dessas placas coletoras é a a) altitude. b) latitude. c) longitude. d) nebulosidade. e) umidade relativa do ar. 6. (Enem PPL 2012) 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. 7. (Enem PPL 2012) Um aquecedor solar consiste essencialmente em uma serpentina de metal, a ser exposta ao sol, por meio da qual flui água a ser aquecida. A parte inferior da serpentina é soldada a uma chapa metálica, que é o coletor solar. A forma da serpentina tem a finalidade de aumentar a área de contato com o coletor e com a própria radiação solar sem aumentar muito o tamanho do aquecedor. O metal, sendo bom condutor, transmite e energia da radiação solar absorvida para as paredes internas e, daí, por condução, para a água. A superfície deve ser recoberta com um material, denominado material seletivo quente, para que absorva o máximo de radiação solar e emita o mínimo de radiação infravermelha. Os quadros relacionam propriedades de alguns metais/ligas metálicas utilizados na confecção de aquecedores solares: Material metálico Condutividade térmica

(W/m K) Zinco 116,0 Aço 52,9 cobre 411,0



Os aquecedores solares mais eficientes e, portanto, mais atrativos do ponto de vista econômico, devem ser construídos utilizando como material metálico e material seletivo quente, respectivamente, a) aço e material seletivo quente A. b) aço e material seletivo quente B. c) cobre e material seletivo quente C. d) zinco e material seletivo quente B. e) cobre e material seletivo quente A. 8. (Unimontes 2011) Duas barras metálicas de comprimentos L1 e L2, de materiais diferentes, estão acopladas (ver figura abaixo). A barra de comprimento L1 possui condutividade térmica k1, e a barra de comprimento L2 possui condutividade térmica k2, sendo k1 > k2. As duas extremidades são mantidas a temperaturas fixas e diferentes, T1 e T2. Considere as três seções retas destacadas na figura. A seção reta 1 está na barra 1; a 2, na barra 2; a 3, na interface ou região de acoplamento das barras.

Pode-se afirmar corretamente que a) o fluxo de calor na seção reta 1 é maior que o fluxo de calor na seção reta 2. b) o fluxo de calor na seção reta 2 é maior que o fluxo de calor na seção reta 1. c) o fluxo de calor na interface é nulo. d) o fluxo de calor é o mesmo em qualquer uma das três seções retas. 9. (Udesc 2010) Um sistema para aquecer água, usando energia solar, é instalado em uma casa para fornecer 400L de água quente a 60 °C durante um dia. A água é fornecida para casa a 15 °C e a potência média por unidade de área dos raios solares é 130 W/m2. A área da superfície dos painéis solares necessários é: a) 9,50 m2 b) 7,56 m2 c) 2,00 m2 d) 25,0 m2 e) 6,73 m2 10. (Ime 2010)

Material seletivo quente

Razão entre a absorbância de radiação solar e a

emitância de radiação infravermelha

A. Óxido e sulfeto de níquel e zinco aplicados sobre zinco

8,45

B. Óxido e sulfeto de níquel e zinco sobre ferro galvanizado

7,42

C. Óxido de cobre em alumínio anodizado 7,72

ACIOLI, J. L. Fontes de energia. Brasília: UnB,1994. Adaptado.



A figura composta por dois materiais sólidos diferentes A e B, apresenta um processo de condução de calor, cujas temperaturas não variam com o tempo. É correto afirmar que a temperatura da interface desses materiais, em kelvins, é: Observações: • : Temperatura da interface do material A com o meio externo • : Temperatura da interface do material B com o meio externo • : Coeficiente de condutividade térmica do material A • : Coeficiente de condutividade térmica do material B a) 400 b) 500 c) 600 d) 700 e) 800 11. (Upe 2010) Dois cilindros feitos de materiais A e B têm os mesmos comprimentos; os respectivos diâmetros estão relacionados por dA = 2 dB. Quando se mantém a mesma diferença de temperatura entre suas extremidades, eles conduzem calor à mesma taxa. As condutividades térmicas dos materiais estão relacionadas por: a) kA = kB / 4 b) kA = kB / 2 c) kA = kB d) kA = 2 kB e) kA = 4 kB TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: FIGURA 1 O que é e quais as consequências boas e más do efeito estufa?



O efeito estufa é um fenômeno causado por gases (principalmente gás carbônico, clorofluorcarboneto, metano e óxido nitroso) que estão presentes na atmosfera desde a formação da Terra, há cerca de 4 bilhões de anos. São eles os responsáveis por absorver a radiação infravermelha vinda da Terra e permitir que a temperatura na superfície fique na média de 15 °C (veja o infográfico acima). Sem esses gases, a vida só seria viável para micróbios em regiões aquecidas por fontes geotermais.

Publicada na Revista Nova Escola, edição 224, agosto de 2009. (adaptado)

12. (G1 - cftsc 2010) Considerando a Figura 1 como referência, analise as proposições abaixo: I – O calor vindo do Sol chega à Terra pelo processo de condução. II – O calor que é emitido pela Terra propaga-se pela atmosfera pelos processos de convecção e radiação. III – A radiação infravermelha é mais energética que a radiação visível. Considerando as proposições apresentadas, assinale a alternativa correta. a) Apenas as proposições I e II são verdadeiras. b) Apenas a proposição I é verdadeira. c) Apenas a proposição III é verdadeira. d) Apenas as proposições II e III são verdadeiras. e) Apenas a proposição II é verdadeira. 13. (Unesp 2008) Um corpo I é colocado dentro de uma campânula de vidro transparente evacuada. Do lado externo, em ambiente à pressão atmosférica, um corpo II é colocado próximo à campânula, mas não em contato com ela, como mostra a figura.



As temperaturas dos corpos são diferentes e os pinos que os sustentam são isolantes térmicos. Considere as formas de transferência de calor entre esses corpos e aponte a alternativa correta. a) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque não estão em contato entre si. b) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque o ambiente no interior da campânula está evacuado. c) Não há troca de calor entre os corpos I e II porque suas temperaturas são diferentes. d) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por convecção. e) Há troca de calor entre os corpos I e II e a transferência se dá por meio de radiação eletromagnética. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Dois cubos metálicos com dimensões idênticas, um de ouro (A), outro de chumbo (B), estão sobre uma placa aquecedora, inicialmente em temperatura ambiente. A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades térmicas desses dois materiais.

Propriedades térmicas A

ouro B

chumbo Condutividade térmica 317 35

Coeficiente de dilatação linear 15 29

Calor específico 130 130

Densidade / Massa específica 19600 11400

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem. 14. (Ufrgs 2008) No topo de cada cubo é colocada uma cabeça de fósforo que fica em contato direto com o cubo. Os dois cubos são aquecidos a uma temperatura final levemente superior à de ignição do fósforo. Com base nos dados da tabela, conclui-se que o fósforo acenderá primeiro no cubo ________ e que a aresta do cubo A será _________ do cubo B no estado de equilíbrio térmico. a) A - menor que a b) A - maior que a c) B - maior que a d) B - menor que a e) A - igual à 15. (Enem 2007) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura a seguir, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.

A. Hinrichs e M. Kleinbach. Energia e meio ambiente. São Paulo: Thompson, 3a ed., 2004, p. 529 (com adaptações).



Nesse sistema de aquecimento, a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. 16. (Enem 2002) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar. No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar).

À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia. 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) 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 que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental. e) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar. 17. (Enem 2000) O resultado da conversão direta de energia solar é uma das várias formas de energia alternativa de que se dispõe. O aquecimento solar é obtido por uma placa escura coberta por vidro, pela qual passa um tubo contendo água. A água circula, conforme mostra o esquema a seguir.

Fonte: Adaptado de PALZ, Wolfgang, Energia solar e fontes alternativas. Hemus, 1981. São feitas as seguintes afirmações quanto aos materiais utilizados no aquecedor solar: I. o reservatório de água quente deve ser metálico para conduzir melhor o calor. II. a cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa.



III. a placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficiência.

Dentre as afirmações acima, pode-se dizer que, apenas está(ão) correta(s): a) I b) I e II c) II d) I e III e) II e III 18. (Enem 2013) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.

A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi a) igual no aquecimento e igual no resfriamento. b) maior no aquecimento e igual no resfriamento. c) menor no aquecimento e igual no resfriamento. d) maior no aquecimento e menor no resfriamento. e) maior no aquecimento e maior no resfriamento.



Gabarito: Resposta da questão 1: [D] A quantidade de calor cedida para o exterior é:

O gasto será:

Resposta da questão 2: [D] [I] Convecção. Nas antigas geladeiras, as prateleiras são grades vazadas para que o ar frio (mais denso), desça, enquanto o

ar quente (menos denso) suba. Nas modernas geladeiras, existe o dispositivo que injeta ar frio em cada compartimento, não mais necessitando de grades vazadas.

[II] Radiação. Esse processo se dá através da propagação de ondas eletromagnéticas, não havendo movimento de massa, ocorrendo, portanto, também no vácuo.

[III] Condução. Na verdade, condução e convecção que são os processos que movimentam massa. Resposta da questão 3: [B] Ao fenômeno da subida da água quente e da descida da água fria por diferença de densidades dá-se o nome de convecção. Resposta da questão 4: [D] De acordo com a equação de Fourier, o fluxo por unidade de área (A) é:

Resposta da questão 5: [B] O aproveitamento da incidência solar é máximo quando os raios solares atingem perpendicularmente a superfície da placa. Essa calibração é otimizada de acordo com a inclinação relativa do Sol, que depende da latitude do local. Resposta da questão 6: [C] A lã é um isolante térmico dificultando o fluxo de calor do corpo humano para o ambiente. Resposta da questão 7: [E] Da simples análise da tabela, devemos escolher o material de maior condutividade térmica e maior razão entre absorbância e emitância. Resposta da questão 8: [D] A situação é idêntica a de resistores em série onde as correntes são iguais.



Resposta da questão 9: [E] Dados: V = 400 L ⇒ m = 400 kg; I = 130 W/m2; ΔT = 60 – 15 = 45 °C. Consideremos: densidade da água: d = 1 kg/L; calor específico sensível da água: c = 4.200 J/kg·°C e que a intensidade de radiação média dada seja diária, ou seja, para um tempo de 24 h. Assim: Δt = 24 × 3.600 = 86.400 s. A intensidade de radiação é dada pela relação entre a potência radiada e a área de capitação.

I = , sendo Q a quantidade de calor absorvida e Δt o tempo de exposição. Mas:

Q = m c ΔT. Então:

⇒ A = 6,73 m2.

Resposta da questão 10: [B] O fluxo térmico através da primeira barra é igual ao da segunda.

Resposta da questão 11: [A] Observe uma barra termicamente condutora mantida com suas extremidades inseridas em duas fontes de calor mantidas a temperaturas constantes.

O fluxo de calor através da barra é dado pela Lei de Fourier

A figura abaixo mostra as duas barras citadas conduzindo calor.

→



Resposta da questão 12: [E] Analisando cada uma das proposições: I. Falsa. O calor vindo do Sol chega à Terra pelo processo de radiação, pois é o único que ocorre no vácuo. II. Verdadeira. III. Falsa. De acordo com a equação de Planck, a energia (E) transportada por uma radiação eletromagnética é diretamente proporcional à sua frequência (f): E = h f. A radiação infravermelha (abaixo da vermelha) tem frequência menor que a radiação visível, sendo, portanto, menos energética. Resposta da questão 13: [E] Resposta da questão 14: [A] O fósforo acenderá primeiro no cubo que atingir a temperatura final de ignição mais rapidamente, ou seja, aquele que possuir maior condutividade térmica. Neste caso é o cubo feito de ouro, o cubo A. Quanto ao tamanho da aresta do cubo ela dilatará conforme seu coeficiente de dilatação, que é maior no chumbo. Assim a aresta do cubo A será menor que a do cubo B. Resposta da questão 15: [B] O vidro deixa a luz passar e consequentemente calor por radiação, mas não deixa o calor passar para fora por condução (estufa). Os tanques pintados de preto absorvem grande quantidade desta energia que é levada à água por condução. Resposta da questão 16: [A] O ar que está sobre o solo resfria-se mais do que o ar que está sobre o mar criando um zona de alta pressão em terra e baixa pressão sobre o mar. A opção menos ruim é a da letra A. Resposta da questão 17:

[E] I. Errado. Se o recipiente for metálico haverá uma grande perda de calor para o meio ambiente. II. Certo. A cobertura de vidro tem como função reter melhor o calor, de forma semelhante ao que ocorre em uma estufa. III. Certo. A placa utilizada é escura para absorver melhor a energia radiante do Sol, aquecendo a água com maior eficiência. Resposta da questão 18: [E] Em relação à garrafa pintada de branco, a garrafa pintada de preto comportou-se como um corpo melhor absorsor durante o aquecimento e melhor emissor durante o resfriamento, apresentando, portanto, maior taxa de variação de temperatura durante todo o experimento.



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