Módulo 5 - ICF2 (Gabarito)

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Introdu¸c˜ ao ` as Ciˆ encias F´ısicas II Gabarito do M´ odulo V E os fenˆ omenos t´ ermicos

Tatiana da Silva ´ Ultima atualiza¸c˜ ao: Setembro de 2004

Conte´ udo Aula 1 - O que sei sobre a estrutura da mat´ eria, energia interna, calor e trabalho? 2 Question´ario 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Perguntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Aula 2 Question´ario 2 - O que sei sobre o modelo dos gases ideais? . . . . . . . . . . . . . Perguntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Aula 3 - O que sei sobre o Princ´ıpio do Equil´ıbrio T´ ermico e a Lei Zero da Permodinˆ amica? 6 Question´ario 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Perguntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Aula 4 - O que sei sobre termˆ ometros? Question´ario 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Perguntas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Aula 1 Question´ ario 1 1. 1◦ par´agrafo da p´agina 14. 2. 1◦ par´agrafo da p´agina 14. 3.

• N´ umero atˆomico e n´ umero de massa: 4a e 5a notas laterais da p´ agina 14. • Elemento qu´ımico: u ´ltimo par´ agrafo da p´agina 14. • Massa molecular: 3a nota lateral da p´ agina 16. • Mol de uma substˆancia: u ´ltima nota lateral da p´ agina 16. • Estados da mat´eria: 2o par´ agrafo da p´ agina 17. • Unidade de massa atˆomica: 1a nota lateral da p´ agina 16.

4. 3◦ par´agrafo da p´agina 15. 5. P´agina 17. 6. 2◦ e 3◦ par´agrafos da p´agina 20. ´ 7. Ultimo par´agrafo da p´agina 20. 8. Segunda nota lateral da p´agina 21.

Perguntas P1: Justifique, com suas pr´opria palavras a express˜ao: “o ´atomo est´a praticamente vazio”. O raio do n´ ucleo ´e da ordem de 10−13 cm e o raio da regi˜ ao onde os el´etrons circulam 10−8 +5 ´e de aproximadamente 10−8 cm. Assim, 10 = 10 = 100000, o que quer dizer que −13 o espa¸camento entre eles ´e de 5 ordens de grandeza! Se um ´ atomo fosse colocado no tamanho de um est´adio de futebol, o tamanho do n´ ucleo seria menor que o de uma bola de futebol. P2: A afirmativa correta ´e: A carga positiva do n´ ucleo define: o n´ umero atˆ omico. P3: Veja quest˜ao 3 do question´ario desta aula.

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P4: 1◦ par´agrafo da p´agina 15. P5: A afirmativa correta ´e: Podemos explicar o fato de que os constituintes dos ´atomos permanecem ligados devido ` a existˆencia da intera¸c˜ ao el´etrica entre pr´ otons e el´etrons e da intera¸c˜ao forte (nuclear) entre pr´ otons e nˆeutrons; P6: A massa molecular do H2 ´e igual a 2 uma e a do CO2 ´e igual a 12 + 16 + 16 = 44 uma. ´ P7: Veja quest˜ao 5 e tamb´em no Volume Unico da Beatriz Alvarenga e Antˆ onio M´aximo. P8: Alternativa b. P9: Alternativas c. P10: A energia interna ´e definida como U = Ec + Epint onde Ec ´e a energia cin´etica e Epint ´e a energia potencial interna de intera¸c˜ ao entre as mol´eculas. Como no estado gasoso as distˆancias entre as mol´eculas s˜ ao grandes comparadas ` as suas dimens˜oes, a intera¸c˜ao entre as mol´eculas ´e muito fraca, ent˜ ao, Epint ∼ = 0 e U = Ec . P11: Individual. P12: A alternativa correta ´e a b. P13: A energia interna de um g´as ´e modificada quando o exterior troca calor e trabalho com o sistema.

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Aula 2 Question´ ario 2 - O que sei sobre o modelo dos gases ideais? ´ 1. Ultima nota lateral da p´agina 25. 2. 2◦ par´agrafo da p´agina 25. 3. 5◦ par´agrafo da p´agina 26. 4. 10◦ par´agrafo da p´agina 26. 5. 1◦ par´agrafo da p´agina 27. ´ 6. Ultimo par´agrafo da p´agina 27. 7. 4◦ par´agrafo da p´agina 28. 8. 4◦ par´agrafo da p´agina 28. 9. 5◦ par´agrafo da p´agina 28. 10. 5◦ par´agrafo da p´agina 28. 11. 8◦ par´agrafo da p´agina 28. ´ a for¸ca m´edia exercida pelas mol´eculas sobre as paredes do recipiente nas colis˜oes. 12. E Como desprezamos o peso das mol´eculas, ela coincide com a press˜ ao m´edia exercida sobre uma superf´ıcie plana pequena colocada em qualquer ponto no meio do g´as. 13. 2◦ par´agrafo da p´agina 36.

Perguntas P1: Igual `a quest˜ao 3 do question´ario desta aula. P2: A dimens˜ao t´ıpica de uma mol´ecula ´e da ordem de 3 ˚ A. Ent˜ao, o n´ umero de mol´eculas que podem ser alinhadas ao longo de uma aresta de 1 cm de um cubo ´e: 3 × 10−8 cm 1 cm

1 mol´ecula x 4

x=

1 cm 3 × 10−8 cm

x = 3 × 107 mol´eculas P3: O volume do g´as dispon´ıvel que cada mol´ecula ocupa efetivamente, Vmol´ecula , ´e obtido sabendo-se que 1 cm3 de um g´as ideal cont´em 2, 7 × 1019 mol´eculas. Logo, 2, 7 × 1019 mol´eculas 1 mol´ecula

1 cm3 Vmol´ecula

Vmol´ecula = 3, 7 × 10−20 cm3 . A aresta do cubo do g´as ´e de p L = 3 3, 7 × 10−20 cm3 ∼ A. = 3, 33 × 10−7 cm = 33, 3 ˚ P4: 5◦ par´agrafo da p´agina 28. P5: 1◦ par´agrafo da p´agina 29. P6: A alternativa correta ´e a a. P7: De acordo com a figura, as trajet´orias das part´ıculas (linhas pontilhadas) s˜ao retil´ıneas e possuem os mesmo tamanho. P8: Sim. As mol´eculas 1, 3 e 4 encontram-se fora do paralelep´ıpedo, movendo-se em linha reta e com velocidade constante.

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Aula 3 Question´ ario 3 1. 2a nota lateral da p´agina 50. ´ 2. Ultimo par´agrafo da p´agina 50 e 2◦ par´ agrafo da p´ agina 52. 3. 1◦ par´agrafo da p´agina 52. 4. 3◦ e 5◦ par´agrafos da p´agina 51. 5. 2◦ par´agrafo da p´agina 53. 6. 6◦ par´agrafo da p´agina 53.

Perguntas P1: O significado de “a mat´eria ´e tratada como um meio cont´ınuo” quer dizer que desprezase sua estrutura microsc´opica. P2: materiais adiat´ermicos: veja o final do terceiro par´agrafo da se¸c˜ao “O calor e os tipos de fronteira”. materiais diat´ermicos: veja o final do quarto par´agrafo da se¸c˜ao “O calor e os tipos de fronteira”. P3: Veja quest˜ao 3 do question´ario desta aula. P4: Os pares de possibilidades s˜ao: press˜ao e volume, press˜ao e temperatura e volume e temperatura. P5: Veja se¸c˜ao “Grandezas intensivas e extensivas”. P6: 2◦ par´agrafo da p´agina 54. P7: A temperatura final atingida ´e chamada de temperatura de equil´ıbrio t´ermico, TE . Supondo que a temperatura de um sistema, T1 ´e maior do que a do outro sistema, T2 , sabemos que haver´a um fluxo de calor do sistema 1 para o sistema 2 at´e que o equil´ıbrio t´ermico seja atingido. Ent˜ao, T1 > TE e T2 < TE . P8: O equil´ıbrio t´ermico n˜ao pode ser atingido porque a quantidade de calor que tem que ser trocada entre ambos n˜ao ´e suficiente para fazˆe-los chegar ao equil´ıbrio t´ermico. 6

P9: Como todas as bolas de gude s˜ao iguais e est˜ao em equil´ıbrio t´ermico com o ambiente, a temperaura de uma bola ´e a mesma que a de 5 bolas, ou seja, 30◦ C. 10: N˜ao. A temperatura ´e uma grandeza f´ısica que caracteriza um sistema em equil´ıbrio t´ermico. Ela mede a energia t´ermica de agita¸c˜ao dos ´atomos ou mol´eculas de um corpo e seu grau de desordem. O calor ´e a energia transferida de um corpo para outro em virtude de uma diferen¸ca de temperatura entre eles. 11: A varia¸c˜ao da temperatura da cozinha ´e impercept´ıvel. E a temperatura da ´agua passa a ser igual `a da cozinha. 12: A temperatura final do volume de ´agua misturado ser´a uma temperatura intermedi´aria correspondendo `a m´edia das temperaturas iniciais. ` temperatura ambiente superior a 0◦ C, o estado da mat´eria que constitui o sorvete ´e 13: A l´ıquida. O ar est´a mais quente do que o sorvete. H´a fluxo de calor do ar para o sorvete. A energia que o sorvete necessita para mudar de fase ´e fornecida pelo ar que funciona como uma fonte t´ermica. 14: O motor da geladeira gasta energia el´etrica para criar no interior da geladeira uma temperatura mais baixa do que a ambiente e tamb´em para mantˆe-la num certo valor. Mantendo-se a porta da geladeira fechada, cria-se um isolamento t´ermico, cortando o fluxo espontˆaneo de calor do exterior para o interior da mesma. Deixar a porta aberta ´e facilitar este fluxo, dificultando o resfriamento do seu interior e, consequentemente, o resfriamento dos alimentos.

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Aula 4 Question´ ario 4 1. 1◦ par´agrafo da p´agina 61. 2. 3◦ par´agrafo da p´agina 63. 3. A temperatura ´e uma grandeza f´ısica que caracteriza um sistema em equil´ıbrio t´ermico. Ela mede energia t´ermica de agita¸c˜ ao dos ´ atomos ou mol´eculas de um corpo e a desordem do sistema. O calor ´e a energia transferida de um corpo para outro em virtude de uma diferen¸ca de temperatura entre eles. 4. 4◦ par´agrafo da p´agina 61. 5. Leia a se¸c˜ao Escalas termom´etricas nas p´ aginas 62 e 63. 6. Termˆometro de gases ideais. 7. Segunda nota lateral da p´agina 66. 8. 1◦ par´agrafo da p´agina 65. 9. 3◦ par´agrafo da p´agina 64.

Perguntas P1: 2◦ par´agrafo da p´agina 67. ´ P2: Ultimo par´agrafo da p´agina 62 e in´ıcio da p´agina 63. ´ Uma varia¸c˜ao de 1◦ C ´e igual `a varia¸c˜ao de 1 K? P3: A PERGUNTA CORRETA E: Sim, pois ambas s˜ao escalas cent´ıgradas. P4: N˜ao, isto impossibilitaria a determina¸c˜ao da temperatura porque n˜ao haveria varia¸c˜ao aparente (vis´ıvel) de volume do merc´ urio em fun¸c˜ao da temperatura sendo imposs´ıvel construir uma escala. P5: O valor da ´area lido ser´a maior pois no frio o metal se contrai.

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