1. Um leitor de CD-ROM utiliza um laser que opera a 3,84 x 1014 Hz, com uma potncia mdia de 5 mW; um laser

de dodo utilizado na tecnologia DVD opera a 650 nm, com uma potncia mdia

de 8 mW; a tecnologia Blu-ray Disc utiliza um laser que opera a 7,40 x 1014 Hz.

1.1. Relaciona o comprimento de onda das radiaes utilizadas num CD-ROM

e num Blu-ray Disc. (R:1,93)

1.2. Identifica, justificando, a regio do espectro electromagntico em que

operam cada um destes lasers. Indica, se possvel, a cor da radiao emitida

por cada um dos lasers. (R: 781nm;650nm;405nm)

1.3. Comenta a seguinte afirmao: No se pode concluir que o laser utilizado

na tecnologia Blu-ray Disc apresente, necessariamente, uma potncia mdia maior do que o laser de um leitor

CD-ROM.

2. Duas estrelas X e Y tm temperaturas superficiais de 6000 K e 3000 K, respectivamente (figura 2).

O mximo da radiao emitida pela estrela X ocorre para mx,X = 483 nm e o seu raio aproximadamente

igual ao do Sol (r Sol = 6,96 x 108 m). Recorda que a rea de uma superfcie esfrica de raio r igual a 4R2.

2.1. Uma estrela pode apresentar diferentes cores consoante a

temperatura a que se encontra. Associa as temperaturas indicadas na

figura 3 a cada uma das seguintes cores: amarelo, amarelo-alaranjado,

amareloesbranquiado, vermelho.

2.2. Relaciona as intensidades da radiao emitida pelas duas estrelas X

e Y. (R:16)

2.3. Qual a potncia da radiao emitida pela estrela X? (R: 2,75x1045W)

2.4. Relaciona os comprimentos de onda correspondentes ao mximo da radiao emitida pelas estrelas Y e X.

(R: 0,5)

2.5. Ser possvel a estrela Y, estrela mais fria, emitir a mesma potncia de radiao que a estrela X, mais

quente? Justifica.

1

3. O Sol irradia energia com uma potncia aproximada de 3,9 1026 W. O raio mdio do Sol (j que difcil saber

onde uma estrela efetivamente termina!) de cerca de 7,0 108 m. Suponha que a nossa estrela se

comporta como um emissor ideal. Dado: A superfcie esfrica = 4R2.

3.1 Determina a energia perdida pelo sol sob a forma de radiao durante uma hora. (R:1,404x1030J) 3.2 Atendendo a que possvel obter a energia de 4,18 x 1010J pela combusto de uma tonelada de petrleo,

determine a massa de petrleo que seria necessrio utilizar para conseguir obter a energia calculada na alnea

anterior.(R: 3,36x1019J)

3.3 Determine a temperatura superfcie do Sol em K. (R: 5774K)

4. Numa instalao solar de aquecimento de gua, a energia da radiao solar absorvida na superfcie das placas

do colector transferida sob a forma de calor, por meio de um fluido circulante, para a gua contida num

depsito, como se representa na figura.

A variao da temperatura da gua no depsito resultar do balano entre a energia absorvida e as perdas

trmicas que ocorrerem.

4.1. Numa instalao solar de aquecimento de gua para

consumo domstico, os colectores solares ocupam uma

rea total de 4,0 m2. Em condies atmosfricas

adequadas, a radiao solar absorvida por estes

colectores , em mdia, 800 W/m2.

Considere um depsito, devidamente isolado, que contm

150 kg de gua. Verifica-se que, ao fim de 12 horas,

durante as quais no se retirou gua para consumo, a

temperatura da gua do depsito aumentou 30 C.

Calcule o rendimento associado a este sistema solar

trmico.

Apresente todas as etapas de resoluo. (R: 14%)

c (capacidade trmica mssica da gua) = 4,185 kJ kg1 C1

4.2. Numa instalao solar trmica, as transferncias de energia podero ocorrer de trs modos: conduo,

conveco e radiao. Explique em que consiste o mecanismo de transferncia de energia trmica por

conduo (explicitando a diferena relativamente conveco).

5. Os painis fotovoltaicos so utilizados para produzir energia elctrica a partir da energia solar. Suponha que a energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, 1,10x1010 J.m2.

Calcule a rea de painis fotovoltaicos necessria para um gasto dirio mdio de eletricidade de 21,0 kW.h, se

instalar na sua casa painis com um rendimento de 25%. Apresente todas as etapas de resoluo. (R: 10,0 m2)

6. Calcule a rea de um painel fotovoltaico para alimentar um computador que necessita de 300W de potncia.

Admitir que a potncia da radiao solar que chega ao painel por unidade de rea, de 400W/m2 e que o

rendimento 25,0%. (R: 3,00 m2)

7. Pretende-se que uma bateria alimente duas lmpadas de 100W cada, durante 4,0 horas. A bateria carregada

durante o dia por um painel fotovoltaico. Admitir que as perdas no processo de carga e descarga da bateria so

de 60% da energia til fornecida pelo painel.

7.1. Calcule a energia que necessrio a bateria fornecer durante a noite para fazer funcionar as lmpadas.

(R: 2,9x106 J)

7.2. Quantas clulas fotovoltaicas so necessrias para fornecer a intensidade de corrente necessria para

carregar a bateria? Admitir que o painel est, em mdia, 5,0 horas exposto luz solar e que cada clula tem

100W de potncia til.(R: 4 clulas)

8. Qual o calor transferido por segundo atravs de uma parede de um apartamento com rea de 15 m2, com

espessura de 25 cm, sabendo que a temperatura no exterior de 12,0 C e no interior do apartamento 17,0

C. A condutividade trmica dos tijolos dessa parede de 0,60 W.m-1.K-1. (R: 1,8x102 J/s)

9. Procedeu-se ao aquecimento de 0,800 kg de gua, usando como combustvel gs natural, que, por cada metro

cbico (m3) consumido, fornece uma energia de 4,0 107 J.

A figura abaixo apresenta o grfico da temperatura dessa amostra de gua em funo do volume, V, de gs

natural consumido.

Determine o rendimento do processo de aquecimento

dessa amostra de gua.

Apresente todas as etapas de resoluo.

c (capacidade trmica mssica da gua) = 4,18 103 J kg-

1 C-1

10. A gua a nica substncia que coexiste na Terra nas trs

fases (slida, lquida e gasosa).

10.1. A Figura 1 representa o grfico terico que traduz o modo

como varia a temperatura, , de uma amostra de gua,

inicialmente em fase slida, em funo da energia fornecida, E,

presso de 1 atm.

10.1.1. Indique, justificando com base no grfico, em que fase (slida ou lquida) a gua apresenta maior

capacidade trmica mssica.

10.1.2. A Figura 2 representa um grfico que traduz o modo como

variou a temperatura de uma amostra de gua, inicialmente em fase

lquida, em funo do tempo de aquecimento, presso de 1 atm.

Selecione a nica opo que contm os termos que preenchem,

sequencialmente, os espaos seguintes, de modo a obter uma

afirmao correta.

A amostra de gua considerada ______________ impurezas, uma

vez que a ebulio ocorre a uma temperatura, diferente de 100 C,

que ______________ constante ao longo do tempo.

(A) no contm... no se mantm

(B) contm... no se mantm

(C) contm... se mantm

(D) no contm... se mantm

10.2. Identifique a propriedade fsica considerada quando se afirma que duas amostras de gua com a mesma

massa, uma na fase slida e outra na fase lquida, tm volumes diferentes.

10.3. A tabela seguinte apresenta os valores da energia que foi necessrio fornecer a diversas amostras de

gua na fase slida, temperatura de fuso e a presso constante, para que elas fundissem completamente.

O grfico da energia fornecida s amostras de gua, em funo da massa dessas amostras, permite

determinar a energia necessria fuso de uma unidade de massa de gua.

Obtenha o valor dessa energia, expresso em J kg1, a partir da equao da recta que melhor se ajusta ao

conjunto de valores apresentado na tabela.

Utilize a calculadora grfica. Apresente o resultado com trs algarismos significativos.

10.4. As paredes dos igloos, abrigos tradicionalmente usados pelos esquims, so feitas de blocos de gelo ou de neve compacta. Se, num igloo, o gelo fosse substitudo por beto, a espessura da parede do igloo deveria

ser maior, para que, considerando uma mesma diferena de temperatura entre as faces interior e exterior

dessa parede, a energia transferida por unidade de tempo fosse a mesma.

Que concluso se pode retirar da afirmao anterior?

11. Um crescente nmero de pessoas procura as saunas por razes de sade, de lazer e de bem-estar.

11.1. Numa sauna, a temperatura constante, uma pessoa sentada num banco de madeira encosta-se a um prego de ferro mal cravado na parede. Essa pessoa tem a sensao de que o prego est mais quente do que a

madeira, e esta est mais quente do que o ar. Selecione a alternativa que traduz a situao descrita.

(A) A temperatura do prego de ferro superior temperatura da madeira.

(B) O ar melhor condutor trmico do que a madeira.

(C) A temperatura do ar superior temperatura da madeira.

(D) O ferro melhor condutor trmico do que a madeira.

11.2. Identifique o principal processo de transferncia de energia, que permite o aquecimento rpido de todo o ar da sauna, quando se liga um aquecedor apropriado.

11.3. Quando se planeou a construo da sauna, um dos objectivos era que a temperatura da sauna

diminusse o mais lentamente possvel depois de se desligar o aquecedor. Selecione a alternativa que contm

os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respectivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmao

seguinte. Esse objectivo pode ser alcanado ____(a)__ a espessura das paredes e escolhendo um material,

para a construo das paredes, com ____(b)__ condutividade trmica.

(A)... aumentando ... alta ...

(B)... diminuindo ... baixa ...

(C)... aumentando ... baixa ...

(D)... diminuindo ... alta ...

12. Os metais, como por exemplo o cobre, so, em geral, bons condutores

trmicos e elctricos.

12.1. O grfico da figura representa a variao de temperatura, , de duas

esferas de cobre A e B, em funo da energia, E, fornecida a cada esfera.

Selecione a nica alternativa que traduz a relao correta entre as massas

das duas esferas, mA e mB, respectivamente.

(A) mA= 2 mB; (B) mA= mB; (C) mA= 3 mB; (D) mA= mB

12.2.Uma resistncia trmica de cobre de 500 W foi introduzida num recipiente com 500 g de gua a 20 C.

12.2.1. Determine o intervalo de tempo durante o qual a resistncia deve estar ligada, para que a temperatura

final da gua seja 90 C, considerando que toda a energia fornecida pela resistncia absorvida pela gua.

Apresente todas as etapas de resoluo.

c(capacidade trmica mssica da gua) = 4,18 103 J kg1 C1.

12.2.2. Selecione a nica alternativa que contm os termos que preenchem, sequencialmente, os espaos

seguintes, de modo a obter uma afirmao correta. A transferncia de energia entre a resistncia trmica e a

gua processa-se essencialmente por ______, sendo a energia transferida sob a forma de ______.

(A) conduo ... radiao;

(B) conveco ... calor;

(C) conveco ... radiao;

(D) conduo ... calor.

13. Sobre um sistema termodinmico incide radiao electromagntica, proveniente de um laser, razo de 800 J

por segundo. Por outro lado, o sistema irradia, para o exterior, em mdia 200 J por segundo. Quanto tempo

necessrio decorrer para que a energia interna do sistema aumente de 6,0 J ?

14. Um pedao de cobre que se encontra temperatura de 250 C mergulhado numa tina que contm 1,50 kg de

gua, que se encontrava temperatura de 20 C. Quando se atinge o equilbrio trmico a gua ficou

temperatura de 26 C. Determine a massa do pedao de cobre (suponha que a gua no ferveu e que no

houve transferncia de calor para a vizinhana). (cCu = 386 J kg-1 C-1; cgua = 4,18 x 103J kg-1 C-1). 15. 1. Classifica as seguintes afirmaes como verdadeiras ou falsas:

A. Nunca se pode converter completamente calor em trabalho.

B. Nunca se pode converter completamente trabalho em calor.

C. impossvel transferir espontaneamente calor de um corpo frio para um corpo quente.

D. impossvel transferir radiao de um corpo frio para um corpo quente.

15.2 Indica a que lei se refere a alnea anterior.

16. Quando se fornece energia a uma substncia, mantendo-se a presso constante, nem sempre h aumento da temperatura.

Observa o grfico, que representa como varia a temperatura de

uma amostra de gua de massa m, em kg, com a energia E, que

lhe transferida, presso de 1atm.

16.1 Seleciona a opo correta:

A. A energia recebida pela gua na fase slida (A B) pode ser calculada pela expresso E=3,34x105 x m x J

B. A energia recebida pela gua durante a ebulio (D E)

pode ser calculada pela expresso E=2,26x106 x m x 100 J

C. A energia recebida pela gua na fase lquida (C D) pode ser calculada pela expresso E=4200xmx100 J

D. A energia recebida pela gua durante a fuso(B C ) pode ser calculada pela expresso E=2100 x m x 100 J

16.2 Justifica, com base no grfico, a afirmao seguinte:

Fornecendo a mesma energia a massas iguais de gua lquida e de gelo, verifica-se que o aumento de

temperatura maior no gelo.

17. Num local que dispe de cerca de 8,0 horas de sol por dia pretende-se colocar um painel fotovoltaico, de

potncia til por unidade de rea 130 W m-2, para fornecer energia eltrica a uma instalao que por dia

consome em mdia 40 kW h. Indica a rea mnima que o painel fotovoltaico necessita de apresentar para que

possa fornecer energia necessria a esta instalao. Indica todos os clculos que efetuares.

18. Os painis fotovoltaicos so utilizados para produzir energia elctrica a partir da energia solar. Suponha que a

energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, 1,10 1010 J m2. Calcule a

rea de painis fotovoltaicos necessria para um gasto dirio mdio de eletricidade de 21,0 kW h, se instalar

na sua casa painis com um rendimento de 25%.

19. O consumo de eletricidade em Portugal, em 2002, foi 4,2x1010 kW h. A potncia mdia da radiao solar em

Portugal de 1500 kW h/ano por cada metro quadrado. Um painel fotovoltaico tem, em mdia, um rendimento

de 15%. Que rea de painis fotovoltaicos deveria existir em Portugal para que o consumo energtico pudesse

ter sido satisfeito s com painis fotovoltaicos?

20. As transferncias de energia podem ocorrer trs processos: trabalho, calor e radiao. Indique o(s)

principal(ais) processo(s) nas seguintes situaes:

A. Apanhar um banho de Sol.

B. Empurrar um caixote.

C. Aquecer as mos colocando-as em frente a

uma lmpada acesa.

D. Colocar ch a arrefecer numa chvena.

E. Cozinhar num forno de microondas

21. No sculo XIX, J. P. Joule mostrou que a queda de objetos podia ser aproveitada para aquecer a gua contida

num recipiente. Contudo, foram os seus estudos quantitativos sobre a energia libertada por um condutor

quando atravessado por corrente eltrica, que permitiram o desenvolvimento de alguns sistemas de

aquecimento de gua, usados atualmente em nossas casas, como as cafeteiras eltricas. Nessas cafeteiras a

resistncia eltrica encontra-se geralmente colocada no fundo.

21.1.1. Indique qual o mecanismo de transferncia de energia como calor que se pretende aproveitar com

esta posio da resistncia e descreva o modo como esta transferncia ocorre.

21.1.2. A figura representa um grfico da variao da temperatura, T, de

uma amostra de gua contida numa cafeteira eltrica, em funo da energia,

E, que lhe fornecida. Sabendo que essa amostra tem uma massa m e uma

capacidade trmica mssica c, selecione a alternativa que contm a

expresso que traduz o declive da reta representada na figura.

22. Um pedao de metal com 100 g recebeu 1000J de energia e aumentou a sua temperatura de 5 K.

22.1.1. Qual a sua capacidade trmica?

22.1.2. Qual a sua capacidade trmica mssica?

23. Duas massas de iguais de gua e de leo so aquecidos no mesmo intervalo de tempo e com a mesma fonte

de energia. A capacidade trmica mssica do leo 1,96x103Jkg-1 C-1.

23.1.1. Nesse intervalo de tempo, qual dos lquidos sofre maior acrscimo de temperatura? Justifique. 23.1.2. Se a elevao de temperatura da gua for de 10 C, qual ser a do leo?

24. Um pedao de cobre com massa 100g est mergulhado em gua em ebulio e em equilbrio trmico com

esta. transferido rapidamente para dentro de uma garrafa termo onde h 300g de caf temperatura de

28,0C. Qual a temperatura final do caf, supondo a sua capacidade trmica igual da gua? Use c caf=

4200Jkg-1C-1 e ccu=385 Jkg-1C-1)

25. Um motor de um automvel recebe 800 J de energia, transferida como calor, e dissipa para o meio ambiente

200 J

a) Indica o nome deste tipo de mquina.

b) Calcula a energia realizada como trabalho.

c) Calcula o rendimento do motor.

d) O rendimento do motor pode ser 100%? Justifica.

26. A placa de cobre, macia e homognea, de espessura l , representada na figura, permite a dissipao de energia de uma fonte quente (placa metlica X),

mantida a uma temperatura constante, X, para uma fonte fria (placa metlica

Y), mantida a uma temperatura constante, Y.

26.1. Identifique o mecanismo de transferncia de energia como calor entre as placas X e Y, atravs da

placa de cobre.

26.2. Identifique a propriedade fsica que permite distinguir bons e maus condutores de calor.

26.3. Selecione a nica alternativa que permite obter uma afirmao correta.

Se a placa de cobre for substituda por outra, idntica, mas com metade da espessura, a energia

transferida por unidade de tempo, entre as placas X e Y, ...

(A) reduz-se a 12 (B) quadruplica. (C) duplica (D) reduz-se a 14