Lição de casa da aula: Equilíbrio Térmico Física • 9º Ano

Nesta atividade, nós vamos praticar a descrever a troca de energia entre objetos que se aquecem e observar como suas temperaturas mudam como resultado.

Questão 1

Dois botijões de gás perfeitamente isolados contêm ar com uma capacidade térmica específica de 1005/JkgC e uma densidade de 1,35 kg/m. Um cilindro contém 25 L de ar a uma temperatura de 35C e o outro contém 15 L de ar a uma temperatura de 45C. Os botijões estão conectados e o gás em ambos pode atingir uma temperatura de equilíbrio. Encontre a temperatura de equilíbrio para três algarismos significativos.

Questão 2

Uma água quente que tem uma massa de 750 g e a uma temperatura de 75C é vertida em 1‎ ‎500 g de uma substância desconhecida que tem uma temperatura de 15C. As temperaturas da água e da substância são ambas monitorizadas. Num instante 𝑡, a temperatura da água é de 55C e a temperatura da substância é de 25C. Determine a capacidade térmica mássica da substância. Utilize o valor de 4184/JkgC para a capacidade térmica mássica da água. Assuma que a água não aquece o ambiente em volta.

  • A2615/JkgC
  • B1046/JkgC
  • C418,4/JkgC
  • D261,5/JkgC
  • E4184/JkgC

Questão 3

Um volume de 2,5 L de água a uma temperatura de 88C é adicionado a um recipiente perfeitamente isolado que contém um bloco de chumbo de 45 kg. Após a água e o chumbo terem igualado as suas temperaturas, a temperatura de ambas as substâncias é de 85C. Determine a temperatura inicial do bloco de chumbo. Utilize o valor de 4184/JkgC para a capacidade térmica mássica da água e o valor de 130/JkgC para a capacidade térmica mássica do chumbo. Apresente a resposta com três algarismos significativos.

Questão 4

Um tijolo tem uma massa de 4,5 kg, a uma temperatura de 95C e com uma capacidade térmica mássica de 840/JkgC. O tijolo é largado num tanque perfeitamente isolado que contém 15 kg de água a uma temperatura de 9,5C. Num instante 𝑡 após o tijolo ter sido largado na água, a temperatura da água é de 11,5C. Determine a temperatura do tijolo em 𝑡. Apresente a resposta em graus. Utilize o valor de 4184/JkgC para a capacidade térmica mássica da água.

Questão 5

O gráfico mostra as mudanças de temperatura com o tempo de diferentes objetos. Cada objeto tem uma temperatura diferente após 8 minutos de resfriamento e todas as temperaturas iniciais dos objetos são diferentes umas das outras. Qual das seguintes afirmações expressa mais corretamente o que é mostrado pelas curvas desenhadas no gráfico?

  • AO objeto com a temperatura inicial mais alta tem a maior taxa de resfriamento.
  • BA magnitude da taxa instantânea de resfriamento de todos os objetos em um determinado momento é a mesma.
  • CO objeto com a temperatura mais baixa após 8 minutos tem a maior taxa de resfriamento.
  • DTodos os objetos esfriam na mesma taxa média.

Questão 6

O gráfico mostra as variações na temperatura em função do tempo de diferentes objetos. Cada objeto tem uma temperatura diferente após 8 minutos de arrefecimento, mas as temperaturas dos objetos são inicialmente as mesmas. Num dado instante, um objeto é arrefecido a uma taxa superior à de qualquer outro objeto no mesmo tempo. Determine a temperatura deste objeto após 8 minutos. Apresente a resposta com um algarismo significativo.

Questão 7

O gráfico representa as variações de temperatura no tempo de diferentes objetos. Cada objeto tem uma temperatura inicial diferente, mas todas as temperaturas dos objetos tornam-se mais semelhantes entre si à medida que os objetos arrefecem mais.

Qual é a temperatura que os objetos a dada altura teriam, dado um tempo ilimitado para o arrefecimento?

Em qualquer instante de tempo, um objeto é arrefecido a uma taxa superior do que qualquer outro objeto no mesmo intervalo de tempo. Qual é a temperatura inicial deste objeto?

Questão 8

Um cilindro de topo aberto contém água e um cubo metálico, como se mostra no diagrama. A água e o cubo estão à mesma temperatura. O cubo metálico aquece a água no cilindro a uma taxa de 36 W e a água aquece o cubo a uma taxa de 12 W. O ar acima do cilindro é aquecido a uma taxa de 14 W. A que taxa é aquecido o cilindro?

Questão 9

Os objetos A, B e C no diagrama têm as temperaturas 𝑇, 𝑇 e 𝑇, respetivamente. A temperatura do objeto A é a mesma que a temperatura do objeto C. A temperatura do objeto C é a mesma que a temperatura do objeto B. Como se compara 𝑇 com 𝑇?

  • A𝑇>𝑇
  • B𝑇=𝑇
  • C𝑇<𝑇

Questão 10

Um reservatório de alta temperatura consiste em 100 kg de água que está a uma temperatura inicial de 90C. Um reservatório de baixa temperatura consiste em 100 kg de água que está inicialmente a uma temperatura de 10C. O reservatório de alta temperatura aquece o reservatório de baixa temperatura até ambos os reservatórios atingirem uma temperatura de equilíbrio, demorando 7‎ ‎550 segundos. Assuma que ambos os reservatórios estão perfeitamente isolados exceto o canal de contacto entre eles. O canal de contacto entre os reservatórios é um bloco metálico com uma área de 0,012 m2 e um comprimento de 8,5 cm. O metal tem uma condutividade térmica de 550/WmC.

Determine a taxa média de aquecimento do reservatório de baixa temperatura. Utilize o valor de 4184/JkgC para a capacidade térmica mássica da água e apresente a resposta com três algarismos significativos.

Qual é a taxa inicial na qual o reservatório de alta temperatura aquece o reservatório de baixa temperatura? Apresente a resposta com três algarismos significativos.

Esta lição inclui 3 perguntas adicionais para assinantes.

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