EXERCICIOS
1. Sabendo que o gelo tem calor específico c= 0,50 cal/g*°C, a água tem calor específico c= 1,0 cal/g*°C, o calor latente de fusão da água L=80 cal/g e que a temperatura de fusão da água vale 0 °C, calcule a quantidade de calor para:
a) Aumentar a temperatura de 100 g de gelo de -10 °C até 0°C;
b) Derreter 100 g de gelo;
c) Aumentar a temperatura da água de 0 °C até 50 °C.
2. Um pedaço de gelo de 150 g à temperatura de -20 °C é colocado dentro de uma garrafa térmica contendo 400 g de água à temperatura de 22 °C. São dados: calor específico do gelo = 0,50 cal/g*°C; calor específico da água = 1,0 cal/g*°C; calor de fusão do gelo = 80 cal/g
Considerando a garrafa térmica como um sistema perfeitamente isolado e com capacidade térmica desprezível, pode-se dizer que ao atingir o equilíbrio térmico, o sistema no interior da garrafa apresenta-se como:
a) um líquido a 10,5 °C; b) um líquido a 15,4 °C; c) uma mistura de sólido e líquido a 0 °C
d) um líquido a 0 °C; e) um sólido a 0 °C
3. Num dia de calor, em que a temperatura ambiente era de 30 °C, João pegou um copo com volume de 200 cm3 de refrigerante à temperatura ambiente e mergulhou nele dois cubos de gelo de massa 15 g cada um. Se o gelo estava à temperatura de -4 °C e derreteu por completo, e supondo que o refrigerante tem o mesmo calor especifico que a água, a temperatura final da bebida de João ficou sendo aproximadamente de:
a) 16 °C ; b) 25 °C; c) 0 °C; d) 12 °C; e) 20 °C
GABARITO Caderno do Aluno Física – 2a série – Volume 2
1. Se tudo correr bem, após as cem vezes que o tubo girou, a temperatura final dos chumbinhos deverá se elevar bastante e, muitas vezes, será possível chegar a um valor razoável para o equivalente mecânico (4,18J/cal). Contudo, caso não seja possível aproximar-se desse valor, é interessante detectar as fontes de problemas, principalmente as relacionadas às trocas de calor. Como a vedação feita, o material do tubo, a forma de medir a temperatura etc. Proponham melhorias para aumentar a precisão da medida.
2. No experimento ocorre as transformações de energia potencial gravitacional dos chumbinhos em energia cinética quando estes caem através da extensão do tubo. Ao colidirem com a tampa do tubo, essa energia é convertida em energia de vibração das moléculas, manifestando então um aumento na temperatura. Tal fato corrobora para a compreensão do conceito de calor como energia que transita de um corpo para outro Neste caso, a energia vinda dos músculos do corpo que faz com que o tubo gire e ganhe energia mecânica. Pesquisar sobre o princípio da conservação da energia.
3. Quanto maior o número de vezes que o cano girar, maior será a energia potencial gravitacional transformada em energia térmica cedida aos chumbinhos. Há necessidade de se girar tantas vezes para que o aumento da temperatura dos chumbinhos seja significativa.
4. Transformação de energia mecânica em energia térmica. Como já dito anteriormente, neste processo ocorre uma transformação de energia potencial gravitacional (mecânica), devido à queda dos chumbinhos, em energia cinética representada pelo movimento dos mesmos na extensão do cano. Após a colisão nas extremidades do tubo, parte dessa energia é transformada em energia térmica manifestada com o aumento da temperatura.
5. Quando se conhece o calor específico do material e sua massa, a quantidade de calor produzido durante o impacto pode ser determinada pela mudança na temperatura por meio da relação
Q = m.c.ΔT. Se considerarmos que toda a energia potencial (Ep=m.g.h) é transformada em calor (hipótese a ser levantada), pode-se determinar a relação entre trabalho e calor, chegando ao valor chamado de equivalente mecânico do calor. Assim, considerando o calor específico do chumbinho igual a 0,031cal/g.ºC, (tente chegar a este valor), já que possui a massa do chumbinho, a variação de temperatura e a altura h do tubo. Atente aos possíveis fatores que implicam na precisão dos cálculos, principalmente quanto a garantir que toda a energia potencial seja convertida em calor.
Utilizando o calor específico em cal/g.ºC, a massa em gramas e a temperatura em ºC, o resultado do cálculo vai ser obtido em calorias (cal). A energia mecânica (energia potencial gravitacional) a ser convertida em calor é dada pela relação Ep= m.g.h. Com a massa dada em Kg, a aceleração da gravidade (g) em m/s2 e a altura h em metros (m), obtemos o valor de Ep em Joules (J).
6. A quantidade de calor trocado (cal) pode ser obtida por meio da relação Q = m.c. ΔT, em que m será a massa dos chumbinhos (em gramas), c o calor específico dos chumbinhos (0,031cal/g.ºC) e ΔT a variação de temperatura medida no termômetro (em ºC). Assim, Q será dado em calorias (cal). Dessa forma, podemos estabelecer a relação entre calorias e Joules, ou seja, Ep (J) = Q (cal). Admitindo que toda a energia mecânica (potencial gravitacional) é convertida integralmente em energia térmica capaz de aumentar a temperatura dos chumbinhos.
7. Na questão anterior, apenas foi obtida a relação entre energia mecânica e energia térmica. Aqui, espera-se que os alunos de fato igualem as expressões Ep (J) = Q (cal) obtendo o equivalente mecânico do calor. Para os cálculos deverá ser levado em consideração o número de vezes que os chumbinhos caíram da altura h ao longo do tubo. Dessa forma, a expressão final fica: Ep = Q n.(m.g.h) = m.c. ΔT. Onde n representa o número de vezes que os chumbinhos se chocaram com as extremidades do tubo ao percorrer a altura h.
1. Espera-se que os alunos possam estender a situação trabalhada e descrita anteriormente com outras situações práticas e cotidianas em que acontecem transformações de energia semelhantes. Dessa maneira, pode ser citado, por exemplo, o aquecimento dos pneus de um ônibus devido ao atrito entre a borracha e o asfalto, fato que pode ser percebido quando se encosta a mão no pneu quando o ônibus está parado no ponto. Neste caso, parte da energia mecânica é transformada em calor. O aquecimento das peças de uma máquina elétrica, devido ao atrito entre elas, é outro exemplo. Aqui, pode-se aproveitar para discutir a respeito da utilização de óleos e graxas utilizadas nessas máquinas a fim de diminuir o atrito e o aquecimento das peças.
2. De forma análoga a situação dos chumbinhos, a energia, neste caso, veio da pessoa, ou seja, a pessoa transmite energia para o martelo na forma de energia potencial e cinética (o martelo é erguido para depois ser golpeado contra o prego). Ao bater no prego, parte dessa energia é transmitida na forma de energia cinética (o prego se move, conseguindo penetrar na madeira), e parte na forma de calor, daí o aquecimento. Parte dessa energia ainda se transforma em energia sonora (barulho da martelada).
Curiosidade!
Página 8
1. O objeto suspenso tem energia potencial gravitacional. Quando abandonado, essa energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética. Uma parte dessa energia é usada para mover as pás (energia cinética das pás). A água, ao ser agitada pelas pás, ganha energia cinética, isso faz com que aumente sua energia térmica e, consequentemente, sua temperatura.
2. Para que o termômetro marque uma temperatura maior, o recipiente com água deve ser isolado termicamente de maneira que a energia térmica gerada seja menos dissipada para o ambiente.
3. a) Supondo que o sistema seja conservativo, isto é, que toda a energia potencial do objeto seja integralmente transferida para a água e usada para elevar sua temperatura, temos:
ΔEp = 25 . m g h = 25 . 6 . 9,8 . 2 = 2 940 J
b) A água recebeu 2 940 J. Considerando que 1 cal = 4,18 J, neste caso, os 2940 J correspondem aproximadamente a 703 cal.
4. Experiência realizada por James P. Joule 1840, onde foi medido o equivalente mecânico do calor. A semelhança entre os dois experimentos é que ao invés do corpo cair e aquecer a água, como na experiência de Joule, os chumbinhos ao caírem dentro do tubo batem nas extremidades do mesmo e se aquecem. No caso da experiência de Joule há um maior número de transformações de energia, já no caso dos chumbinhos é somente a energia potencial que se transforma em energia cinética. Quando ocorre o choque na extremidade do tubo, é gerado aquecimento.
LIÇÃO DE CASA
1. a) Ela deverá aumentar, pois parte da energia cinética se transforma em energia térmica (calor) na colisão com a parede de aço.
b) Dados: m= 0,01 kg v = 400 m/s
A energia cinética da bala antes do choque é: Ec = m.v ²/2 ou seja: Ec = (0,01. 4002) /2 Ec = 800 J, como 1 cal = 4,2 J, temos: Ec = 190,5 cal
c) Considerando que a energia cinética será totalmente usada no aquecimento do
projétil, teremos:
Q = m.c. ΔT = 10 . 0,031. (Tf – 25) 190,5 = 0,31. (Tf – 25) (Tf – 25) = 614,5 Tf = 639,5 ºC
Analise e discuta com seus alunos se essa temperatura seria mesmo alcançada.
Lembre-se que o chumbo se funde a 327, 4º C.
2. M = 200 g (de água) e cágua = 1 cal/g º C h = 0,5 m Ti = 25 ºC Tf = 100 ºC
Considerando que toda a energia potencial da queda seja usada no aquecimento da água, a quantidade de energia necessária para aquecer a água até ferver será:
Q = m.c. ΔT = 200 . 1. (100-25) = 15.000 cal
Se 1 cal = 4,2 J, teremos: Q = 63.000 J
A energia potencial de uma “queda” dentro da garrafa será:
Ep = m.g.h = 0,2 Kg .10. 0,5 = 1 J
Se uma queda fornece 1 J, para conseguir 63 000 J, serão necessárias:
63 000 / 1 = 63 000 quedas.
domingo, 23 de agosto de 2009
quinta-feira, 4 de junho de 2009
TERMODINÂMICA -2ª - 2° - BIMESTRE
CALOR ESPECÍFICO
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
A relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , é:
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
4. Um bloco de alumínio,cuja massa é m=200 g, absorve calor e sua temperatura se eleva de 20 °C para 140 °C. Qual a quantidade de calor absorvida pelo bloco?
5. A temperatura do corpo humano é de cerca de 36,5 °C. Uma pessoa toma 1l de água a 10 °C. Qual a energia absorvida pela água?
a) 10 000 cal b) 36 500 cal c) 23 250 cal d) 26 500 cal e) 46 500 cal
6. Um recipiente de vidro de 500 g com calor específico de 0,20 cal/g•°C contém 500 g de água cujo calor específico é 1,0 cal/g•°C. O sistema encontra-se isolado e em equilíbrio térmico. Quando recebe uma certa quantidade de calor, o sistema tem sua temperatura elevada. Determine:
a) a razão entre a quantidade de calor absorvida pela água e a recebida pelo vidro;
b) a quantidade de calor absorvida pelo sistema para uma elevação de 1,0 °C em sua temperatura.
7. Um bloco de alumínio, cuja massa é m=400 g, absorve calor e sua temperatura se eleva de 20 °C para 170 °C. Qual a quantidade de calor absorvida pelo bloco? Dado calor específico do alumínio
c= 0,212 cal/g•°C
8. Um corpo de massa 250 g, ao receber 2400 cal, varia sua temperatura de 20 °C para 60 °C, sem variar seu estado de agregação. O calor especifico da substância que constitui esse corpo, nesse intervalo de temperatura, é:
9. 2,1 kJ de calor foram fornecidos a 0,10 kg de água, cujo calor especifico é 4,2 J/kg•K. A variação de temperatura sofrida pela água vale:
a) 0,50 K b) 2,0 K c) 5,0 K d) 10K e) 20 K
10. Em uma sala de temperatura homogênea, toca-se numa peça de metal e numa peça de madeira; nota-se que o metal parece mais frio que a madeira. Esta diferença de sensação dá-se por que:
a) O calor específico do metal é maior que o calor específico da madeira.
b) A temperatura do metal está mais baixa do que a temperatura da madeira.
c) O coeficiente de condutibilidade térmica do metal é maior que o da madeira.
d) O metal conduz o calor por condução e a madeira por radiação.
e) A madeira é menos densa que o metal.
11. A radiação é o principal processo de transferência de energia no caso:
a) Da chama no fogão para a panela.
b) Do sol para um satélite em Júpiter.
c) Do ferro de soldar para a solda.
d) Da água para um cubo de gelo flutuando nela.
e) De um mamífero para o meio ambiente.
12. Em relação à transmissão de calor, a afirmação errada é:
a) Nos sólidos o calor propaga-se principalmente por condução.
b) A energia térmica pode ser transmitida através do vácuo apenas por meio da radiação.
c) Só haverá transferência de calor de um ponto para outro quando houver diferença de temperatura entre dois pontos.
d) Na convecção não há transferência de matéria fria ou quente de um ponto a outro.
e) A sensação de quente ou frio que sentimos ao tocar um objeto está relacionada com sua condutibilidade térmica.
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
A relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , é:
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
4. Um bloco de alumínio,cuja massa é m=200 g, absorve calor e sua temperatura se eleva de 20 °C para 140 °C. Qual a quantidade de calor absorvida pelo bloco?
5. A temperatura do corpo humano é de cerca de 36,5 °C. Uma pessoa toma 1l de água a 10 °C. Qual a energia absorvida pela água?
a) 10 000 cal b) 36 500 cal c) 23 250 cal d) 26 500 cal e) 46 500 cal
6. Um recipiente de vidro de 500 g com calor específico de 0,20 cal/g•°C contém 500 g de água cujo calor específico é 1,0 cal/g•°C. O sistema encontra-se isolado e em equilíbrio térmico. Quando recebe uma certa quantidade de calor, o sistema tem sua temperatura elevada. Determine:
a) a razão entre a quantidade de calor absorvida pela água e a recebida pelo vidro;
b) a quantidade de calor absorvida pelo sistema para uma elevação de 1,0 °C em sua temperatura.
7. Um bloco de alumínio, cuja massa é m=400 g, absorve calor e sua temperatura se eleva de 20 °C para 170 °C. Qual a quantidade de calor absorvida pelo bloco? Dado calor específico do alumínio
c= 0,212 cal/g•°C
8. Um corpo de massa 250 g, ao receber 2400 cal, varia sua temperatura de 20 °C para 60 °C, sem variar seu estado de agregação. O calor especifico da substância que constitui esse corpo, nesse intervalo de temperatura, é:
9. 2,1 kJ de calor foram fornecidos a 0,10 kg de água, cujo calor especifico é 4,2 J/kg•K. A variação de temperatura sofrida pela água vale:
a) 0,50 K b) 2,0 K c) 5,0 K d) 10K e) 20 K
10. Em uma sala de temperatura homogênea, toca-se numa peça de metal e numa peça de madeira; nota-se que o metal parece mais frio que a madeira. Esta diferença de sensação dá-se por que:
a) O calor específico do metal é maior que o calor específico da madeira.
b) A temperatura do metal está mais baixa do que a temperatura da madeira.
c) O coeficiente de condutibilidade térmica do metal é maior que o da madeira.
d) O metal conduz o calor por condução e a madeira por radiação.
e) A madeira é menos densa que o metal.
11. A radiação é o principal processo de transferência de energia no caso:
a) Da chama no fogão para a panela.
b) Do sol para um satélite em Júpiter.
c) Do ferro de soldar para a solda.
d) Da água para um cubo de gelo flutuando nela.
e) De um mamífero para o meio ambiente.
12. Em relação à transmissão de calor, a afirmação errada é:
a) Nos sólidos o calor propaga-se principalmente por condução.
b) A energia térmica pode ser transmitida através do vácuo apenas por meio da radiação.
c) Só haverá transferência de calor de um ponto para outro quando houver diferença de temperatura entre dois pontos.
d) Na convecção não há transferência de matéria fria ou quente de um ponto a outro.
e) A sensação de quente ou frio que sentimos ao tocar um objeto está relacionada com sua condutibilidade térmica.
domingo, 31 de maio de 2009
LISTA DE EXERCÍCIOS 3ª 2º bi
LISTA DE EXERCÍCIOS
1. Uma pessoa verifica que o chuveiro elétrico de sua residência não está aquecendo suficientemente a água. Sabendo-se que a tensão UAB aplicada ao chuveiro é constante e lembrando-se a relação P=U*i , responda:
a) Para aumentar a potência do chuveiro, a corrente que passa através dele deve ser aumentada ou diminuída?
b) Então, para que haja maior aquecimento da água, a pessoa deverá aumentar ou diminuir a resistência do chuveiro?
c) Assim, quando a chave de um chuveiro é deslocada da indicação inverno para verão, estamos aumentando ou diminuindo sua resistência?
2. O proprietário da cantina verificou que os alimentos colocados no interior de uma estufa elétrica não eram suficientemente aquecidos. Para aumentar a temperatura desta estufa, ele poderá fazer varias modificações na resistência que a aquece. Entre as opções seguintes, assinale aquela que não o levará a obter o resultado desejado:
a) Cortar um pedaço da resistência;
b) Ligar outra resistência em paralelo com a primeira;
c) Ligar outra resistência em série com a primeira;
d) Substituir a resistência por outra de mesmo comprimento e mesma secção, feita com um material de menor resistividade;
e) Substituir a resistência por outra de mesmo material e mesmo comprimento e de maior área de secção reta;
3. A potência dissipada em uma resistência R, percorrida por uma corrente i, é dada por P=R*i2 (Efeito Joule). Suponha que o valor de R seja variável e que a ddp UAB aplicada a ela seja mantida constante. Se o valor e R for aumentado, podemos concluir corretamente que:
a) A potência aumentará, porque P é diretamente proporcional a R;
b) A corrente i diminuirá, porque UAB permanece constante;
c) O valor de P permanecerá constante, porque o aumento de R é compensado pela diminuição de i;
d) O valor da potência diminuirá, porque a influência da diminuição de i sobre P é maior do que a influência do aumento de R;
e) O valor de P aumentará, porque i permanece constante.
4. No caso de um chuveiro ligado à rede de distribuição de energia elétrica:
a) diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a potência consumida.
b) aumentando-se o comprimento do resistor e conservando-se constante a vazão de água, a sua temperatura aumenta.
c) para conservar a temperatura da água, quando se aumenta a vazão, deve-se diminuir o comprimento do resistor do chuveiro.
d) a potência consumida independe da resistência elétrica do chuveiro.
e) nenhuma das anteriores
5. Uma pessoa demora cerca de 10 minutos para tomar o seu banho diário. Se o chuveiro da pessoa tem potencia de 4400 W, qual é o consumo de energia elétrica mensal dessa pessoa? Considere o mês de 30 dias e R$ 0,2978 o kWh.
6. Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Aparelho Potencia (KW) Tempo de uso Diário (horas)
Ar-condicionado 1,5 8
Chuveiro elétrico 3,3 1/3
Freezer 0,2 10
Geladeira 0,35 10
Lâmpadas 0,10 6
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,37, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é de aproximadamente?
7. Um chuveiro elétrico, cuja resistência elétrica é de 20 Ω, foi fabricado para ser usado em tensão de 127 V. Para obter um chuveiro com a mesma potência, numa rede de 220 v, devemos usar uma resistência de:
8. A conta de luz de uma residência apresenta os seguintes dados:
Leitura Leitura Consumo Importância
anterior atual (kWh) a pagar
8283 8335 52 260,00
Considerando estes dados, quanto custaria a iluminação de uma casa, na qual 10 lâmpadas de 60 W, 120 V permanecem acesas 4 h por dia, durante 30 dias?
9. Suponha que você tenha duas pilhas, um amperímetro, um voltímetro e uma resistência desconhecida R.
a) Faça um desenho mostrando como você ligaria estes elementos de modo a obter dados que lhe permitam determinar o valor de R;
b) Ligando-se corretamente os elementos, se a leitura do voltímetro fosse 2,9 V e a do amperímetro 0,15 A, qual seria o valor de R?
10. No circuito elétrico ao lado, a fonte é uma bateria de tensão U = 12 V, V representa um voltímetro e A um amperímetro. Considerando-se desprezíveis as resistências dos fios de ligação, é correto afirmar que:
a) a intensidade de corrente no amperímetro será de 12 mA, quando o amperímetro e o voltímetro forem ideais.
b) a leitura no voltímetro será de 6 V, qualquer que seja sua resistência interna.
c) a leitura no voltímetro será de 4,8V quando sua resistência interna for de 1000 e a resistência interna do amperímetro nula.
d) a leitura no amperímetro será de 10 mA quando sua resistência interna for de 200 e a resistência interna do voltímetro infinita.
e) quanto maior e menor forem, respectivamente, as resistências internas do voltímetro e do amperímetro, em comparação às resistências existentes no circuito, mais eles se aproximam de aparelhos ideais.
1. Uma pessoa verifica que o chuveiro elétrico de sua residência não está aquecendo suficientemente a água. Sabendo-se que a tensão UAB aplicada ao chuveiro é constante e lembrando-se a relação P=U*i , responda:
a) Para aumentar a potência do chuveiro, a corrente que passa através dele deve ser aumentada ou diminuída?
b) Então, para que haja maior aquecimento da água, a pessoa deverá aumentar ou diminuir a resistência do chuveiro?
c) Assim, quando a chave de um chuveiro é deslocada da indicação inverno para verão, estamos aumentando ou diminuindo sua resistência?
2. O proprietário da cantina verificou que os alimentos colocados no interior de uma estufa elétrica não eram suficientemente aquecidos. Para aumentar a temperatura desta estufa, ele poderá fazer varias modificações na resistência que a aquece. Entre as opções seguintes, assinale aquela que não o levará a obter o resultado desejado:
a) Cortar um pedaço da resistência;
b) Ligar outra resistência em paralelo com a primeira;
c) Ligar outra resistência em série com a primeira;
d) Substituir a resistência por outra de mesmo comprimento e mesma secção, feita com um material de menor resistividade;
e) Substituir a resistência por outra de mesmo material e mesmo comprimento e de maior área de secção reta;
3. A potência dissipada em uma resistência R, percorrida por uma corrente i, é dada por P=R*i2 (Efeito Joule). Suponha que o valor de R seja variável e que a ddp UAB aplicada a ela seja mantida constante. Se o valor e R for aumentado, podemos concluir corretamente que:
a) A potência aumentará, porque P é diretamente proporcional a R;
b) A corrente i diminuirá, porque UAB permanece constante;
c) O valor de P permanecerá constante, porque o aumento de R é compensado pela diminuição de i;
d) O valor da potência diminuirá, porque a influência da diminuição de i sobre P é maior do que a influência do aumento de R;
e) O valor de P aumentará, porque i permanece constante.
4. No caso de um chuveiro ligado à rede de distribuição de energia elétrica:
a) diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a potência consumida.
b) aumentando-se o comprimento do resistor e conservando-se constante a vazão de água, a sua temperatura aumenta.
c) para conservar a temperatura da água, quando se aumenta a vazão, deve-se diminuir o comprimento do resistor do chuveiro.
d) a potência consumida independe da resistência elétrica do chuveiro.
e) nenhuma das anteriores
5. Uma pessoa demora cerca de 10 minutos para tomar o seu banho diário. Se o chuveiro da pessoa tem potencia de 4400 W, qual é o consumo de energia elétrica mensal dessa pessoa? Considere o mês de 30 dias e R$ 0,2978 o kWh.
6. Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Aparelho Potencia (KW) Tempo de uso Diário (horas)
Ar-condicionado 1,5 8
Chuveiro elétrico 3,3 1/3
Freezer 0,2 10
Geladeira 0,35 10
Lâmpadas 0,10 6
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,37, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é de aproximadamente?
7. Um chuveiro elétrico, cuja resistência elétrica é de 20 Ω, foi fabricado para ser usado em tensão de 127 V. Para obter um chuveiro com a mesma potência, numa rede de 220 v, devemos usar uma resistência de:
8. A conta de luz de uma residência apresenta os seguintes dados:
Leitura Leitura Consumo Importância
anterior atual (kWh) a pagar
8283 8335 52 260,00
Considerando estes dados, quanto custaria a iluminação de uma casa, na qual 10 lâmpadas de 60 W, 120 V permanecem acesas 4 h por dia, durante 30 dias?
9. Suponha que você tenha duas pilhas, um amperímetro, um voltímetro e uma resistência desconhecida R.
a) Faça um desenho mostrando como você ligaria estes elementos de modo a obter dados que lhe permitam determinar o valor de R;
b) Ligando-se corretamente os elementos, se a leitura do voltímetro fosse 2,9 V e a do amperímetro 0,15 A, qual seria o valor de R?
10. No circuito elétrico ao lado, a fonte é uma bateria de tensão U = 12 V, V representa um voltímetro e A um amperímetro. Considerando-se desprezíveis as resistências dos fios de ligação, é correto afirmar que:
a) a intensidade de corrente no amperímetro será de 12 mA, quando o amperímetro e o voltímetro forem ideais.
b) a leitura no voltímetro será de 6 V, qualquer que seja sua resistência interna.
c) a leitura no voltímetro será de 4,8V quando sua resistência interna for de 1000 e a resistência interna do amperímetro nula.
d) a leitura no amperímetro será de 10 mA quando sua resistência interna for de 200 e a resistência interna do voltímetro infinita.
e) quanto maior e menor forem, respectivamente, as resistências internas do voltímetro e do amperímetro, em comparação às resistências existentes no circuito, mais eles se aproximam de aparelhos ideais.
domingo, 17 de maio de 2009
MEDIDORES ELÉTRICOS
Medidores de Tensão, Corrente e Resistência
Os aparelhos que medem tensão, corrente e resistência são, respectivamente, o amperímetro, o voltímetro e o ohmímetro. É possível encontrar esses aparelhos contido em um só, chamado multímetro
Medir corrente. I:
Um amperímetro mede a corrente IA que o atravessa. Para fazê-lo medir a corrente IR que atravessa o resistor é necessário conectá-lo em série com o resistor, de forma que IA = IR. A introdução do amperímetro em série com o resistor aumenta a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RA<< R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um amperímetro tenha resistência tão pequena quanto possível.
Medir tensão U:
Um voltímetro mede a tensão ou diferença de potencial UV entre seus terminais. Para fazê-lo medir a diferença de potencial UR entre os terminais do resistor é necessário conectá-lo em paralelo com o resistor, de forma que UV=UR. A introdução do voltímetro em paralelo com o resistor diminui a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RV>>R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um voltímetro tenha resistência tão grande quanto possível.
Medir resistência R:
Um ohmímetro mede a resistência de um resistor aplicando uma diferença de potencial sobre o resistor e medindo a corrente que o percorre. O resistor precisa ser desconectado do circuito ao qual está ligado para ter sua resistência medida por um ohmímetro. A resistência também pode ser determinada através das medidas da tensão e da corrente no resistor, calculando-se a razão entre as duas medidas.
ATIVIDADE EXPERIMENTAL
Medindo a resistência de fios:
Fios AWG, fios de cobre, arame, níquel-cromo, resistores de chuveiro, etc.
Primeira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpada de 7 W/220V 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em série e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em série e repita as medições
4º.) Monte o circuito anterior trocando uma das lâmpadas pela lâmpada de 7 W/220V
Segunda experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em paralelo e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em paralelo e repita as medições
Terceira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com três lâmpada de forma mista, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior trocando a lâmpada em série pela de 220V e repita as medições.
Os aparelhos que medem tensão, corrente e resistência são, respectivamente, o amperímetro, o voltímetro e o ohmímetro. É possível encontrar esses aparelhos contido em um só, chamado multímetro
Medir corrente. I:
Um amperímetro mede a corrente IA que o atravessa. Para fazê-lo medir a corrente IR que atravessa o resistor é necessário conectá-lo em série com o resistor, de forma que IA = IR. A introdução do amperímetro em série com o resistor aumenta a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RA<< R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um amperímetro tenha resistência tão pequena quanto possível.
Medir tensão U:
Um voltímetro mede a tensão ou diferença de potencial UV entre seus terminais. Para fazê-lo medir a diferença de potencial UR entre os terminais do resistor é necessário conectá-lo em paralelo com o resistor, de forma que UV=UR. A introdução do voltímetro em paralelo com o resistor diminui a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RV>>R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um voltímetro tenha resistência tão grande quanto possível.
Medir resistência R:
Um ohmímetro mede a resistência de um resistor aplicando uma diferença de potencial sobre o resistor e medindo a corrente que o percorre. O resistor precisa ser desconectado do circuito ao qual está ligado para ter sua resistência medida por um ohmímetro. A resistência também pode ser determinada através das medidas da tensão e da corrente no resistor, calculando-se a razão entre as duas medidas.
ATIVIDADE EXPERIMENTAL
Medindo a resistência de fios:
Fios AWG, fios de cobre, arame, níquel-cromo, resistores de chuveiro, etc.
Primeira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpada de 7 W/220V 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em série e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em série e repita as medições
4º.) Monte o circuito anterior trocando uma das lâmpadas pela lâmpada de 7 W/220V
Segunda experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em paralelo e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em paralelo e repita as medições
Terceira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com três lâmpada de forma mista, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior trocando a lâmpada em série pela de 220V e repita as medições.
segunda-feira, 11 de maio de 2009
TERMOCLÁSSICA 2° BIMESTRE
CALOR ESPECÍFICO
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
EXEMPLO
Nas câmaras de combustão dos motores de automóveis o combustível atinge altas temperaturas (cerca de 95°C). Se esses motores não forem refrigerados continuadamente, suas peças fundem. Essa refrigeração pode ser feita pela circulação de água ou de ar, duas substâncias abundantes na natureza mas que se aquecem de maneira bastante diferente.
Enquanto 1 grama de água precisa receber 1 caloria de energia calorífica para elevar sua temperatura de 1°C, 1 grama de ar tem a mesma alteração de temperatura com apenas 0,24 calorias. A tabela 12.1, do livro, mostra o calor específico da água, do vidro e de alguns materiais utilizados em construções e na indústria.
QUESTÃO: Por que os materiais tem valores de calor específico diferentes?
A resposta a essa pergunta conduz novamente à discussão acerca da constituição dos materiais. Substâncias diferentes são constituídas de moléculas com massas diferentes. Retomando o modelo cinético-molecular, temos que ao atingir uma determinada temperatura, todas as moléculas que constituem um material tem, em média, a mesma energia cinética, a mesma energia de movimento. Um grama de um material formado por moléculas de massa pequena conterá um número maior de moléculas do que 1 grama de outro material formado por moléculas de massa maior. Assim para elevar 1 °C a temperatura de 1 grama é necessário fornecer uma maior quantidade de calor para aquele material que contenha um número maior de moléculas, já que aumentar a temperatura implica aumentar a energia cinética de cada uma delas.
Como o calor especifico depende da constituição, é possível compreender que ele terá valores diferentes para cada estado da matéria. Assim, o calor especifico da água varia quando ela se encontra em estado líquido, sólido ou gasoso, visto que em cada um desses estados as moléculas interagem de diferentes formas.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
C=m*c
EXEMPLO
Consumimos maior quantidade de calor para levar à fervura a água destinada ao preparo do macarrão para 10 convidados do que para 2 pessoas. Se para a mesma chama do fogão gastamos mais tempo para ferver uma massa de água maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas. Se pensarmos em como as substâncias são formadas, quando se aumenta sua massa, aumenta-se a quantidade de moléculas e temos que fornecer mais calor para fazer todas as moléculas vibrarem mais, ou seja, aumentar sua energia cinética, o que se traduz num aumento de temperatura.
Matematicamente, podemos expressar a relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , como:
Q=m*c*∆T
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
Os motores de combustão dos carros necessitam de um sistema de refrigeração. Para que a refrigeração a ar ou a água tenham a mesma eficácia, as duas substâncias tem que retirar a mesma quantidade de calor do motor.
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
EXEMPLO
Nas câmaras de combustão dos motores de automóveis o combustível atinge altas temperaturas (cerca de 95°C). Se esses motores não forem refrigerados continuadamente, suas peças fundem. Essa refrigeração pode ser feita pela circulação de água ou de ar, duas substâncias abundantes na natureza mas que se aquecem de maneira bastante diferente.
Enquanto 1 grama de água precisa receber 1 caloria de energia calorífica para elevar sua temperatura de 1°C, 1 grama de ar tem a mesma alteração de temperatura com apenas 0,24 calorias. A tabela 12.1, do livro, mostra o calor específico da água, do vidro e de alguns materiais utilizados em construções e na indústria.
QUESTÃO: Por que os materiais tem valores de calor específico diferentes?
A resposta a essa pergunta conduz novamente à discussão acerca da constituição dos materiais. Substâncias diferentes são constituídas de moléculas com massas diferentes. Retomando o modelo cinético-molecular, temos que ao atingir uma determinada temperatura, todas as moléculas que constituem um material tem, em média, a mesma energia cinética, a mesma energia de movimento. Um grama de um material formado por moléculas de massa pequena conterá um número maior de moléculas do que 1 grama de outro material formado por moléculas de massa maior. Assim para elevar 1 °C a temperatura de 1 grama é necessário fornecer uma maior quantidade de calor para aquele material que contenha um número maior de moléculas, já que aumentar a temperatura implica aumentar a energia cinética de cada uma delas.
Como o calor especifico depende da constituição, é possível compreender que ele terá valores diferentes para cada estado da matéria. Assim, o calor especifico da água varia quando ela se encontra em estado líquido, sólido ou gasoso, visto que em cada um desses estados as moléculas interagem de diferentes formas.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
C=m*c
EXEMPLO
Consumimos maior quantidade de calor para levar à fervura a água destinada ao preparo do macarrão para 10 convidados do que para 2 pessoas. Se para a mesma chama do fogão gastamos mais tempo para ferver uma massa de água maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas. Se pensarmos em como as substâncias são formadas, quando se aumenta sua massa, aumenta-se a quantidade de moléculas e temos que fornecer mais calor para fazer todas as moléculas vibrarem mais, ou seja, aumentar sua energia cinética, o que se traduz num aumento de temperatura.
Matematicamente, podemos expressar a relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , como:
Q=m*c*∆T
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
Os motores de combustão dos carros necessitam de um sistema de refrigeração. Para que a refrigeração a ar ou a água tenham a mesma eficácia, as duas substâncias tem que retirar a mesma quantidade de calor do motor.
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
Assinar:
Postagens (Atom)