Física 2 (2)-118-120

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Capítulo 5116
Exercícios de Aprofundamento
39. (Esal-MG) A interpretação da lei Stefan-Boltzmann 
(radiação) nos permite concluir que:
a) a energia radiante emitida por um corpo é 
proporcional à temperatura absoluta.
b) os corpos só emitem energia radiante a uma 
temperatura acima de 0 °C (273 K).
c) a energia radiante emitida por um corpo 
depende da emissividade do corpo e da tem-
peratura absoluta do corpo elevada à quarta 
potência.
d) um corpo à temperatura de 0 °C (273 K) não 
emite energia radiante.
e) a energia radiante emitida por um corpo é 
proporcional à temperatura absoluta ao qua-
drado.
40. (UF-RN) As lâmpadas incandescentes são poucos 
eficientes no que diz respeito ao processo de 
iluminação. Com intuito de analisar o espectro de 
emissão de um filamento de uma lâmpada incan-
descente, vamos considerá-lo como sendo seme-
lhante ao de um corpo negro (emissor ideal) que 
esteja à mesma temperatura do filamento (cerca de 
3 000 K). Na figura, temos o espectro de emissão 
de um corpo negro para diversas temperaturas.
intensidade
da radiação
f
faixa do
visível
6 000 K
4 500 K
3 000 K
 
a) A radiação emitida de frequência máxima é a 
que tem intensidade máxima.
b) A frequência em que ocorre a emissão máxima 
independe da temperatura da lâmpada.
c) A energia total emitida pela lâmpada diminui 
com o aumento da temperatura.
d) A lâmpada incandescente emite grande parte 
de sua radiação fora da faixa do visível.
41. Em geral, se colocarmos a mão em uma porta de 
madeira e em sua maçaneta de metal, a maçaneta 
nos parece mais fria.
a) Em que condições a maçaneta nos parecerá 
mais quente?
b) Em que condições a porta e a maçaneta nos 
parecerão igualmente quentes (ou igualmente 
frias)?
42. Uma tela metálica foi colocada acima de um bico 
de gás. Quando acendemos a chama abaixo da 
tela, a chama não passa para a parte de cima 
(fig. a). Quando colocamos fogo acima da tela, a 
chama não passa para a parte de baixo (fig. b). 
Por quê?
 
Figura a. Figura b.
43. (UF-PE) A área total das paredes externas de 
uma geladeira é 4,0 m2, e a diferença de tempe-
ratura entre o exterior e o interior da geladeira 
é 25 °C. Se a geladeira tem um revestimento de 
poliestireno com 25 mm de espessura, determine 
a quantidade de calor que flui através das pare-
des da geladeira durante 1,0 h, em watt-hora. A 
condutividade térmica do revestimento de polies-
tireno é 0,01 W/(m · °C).
44. Dois ambientes, A e B, estão separados por uma 
parede metálica dupla, isto é, formada pela jun-
ção de duas placas, conforme mostra a figura. 
Para as placas são dados: A = 20 m2 (área de cada 
parede); e
1
 = 10 cm; k
1
 = 40 J/s · m · °C; e
2
 = 
= 20 cm; k
2
 = 50 J/s · m · °C. 
(1)
A B
150 °C 20 °C
(2)
e
1
e
2 
Determine:
a) a temperatura na região de contato das pla-
cas;
b) o fluxo de calor através das placas.
il
u
St
r
a
ç
õ
ES
: 
za
Pt
Capítulo 5116
Transmissão de calor 117
45. Considere um iglu na forma de casca esférica de 
raio interno 2,0 m e cuja parede tem espessura de 
30 cm. Sabendo que a condutividade térmica do 
gelo é 2,0 J/m · s · °C, que a temperatura exte-
rior é –36 °C e que a temperatura no interior é 
4 °C, calcule o valor aproximado do fluxo de calor 
através das paredes.
46. (Unicamp-SP) Nas regiões mais frias do planeta, 
camadas de gelo podem se formar rapidamente 
sobre um volume de água a céu aberto. A figura 
a seguir mostra um tanque cilíndrico de água cuja 
área da base é A = 2,0 m2, havendo uma camada 
de gelo de espessura L na superfície da água. O ar 
em contato com o gelo está a uma temperatura 
Tar = –10 °C, enquanto a temperatura da água em 
contato com o gelo é Tag = 0,0 °C. É dada a condu-
tividade térmica do gelo: 4,0 · 10–3 cal/s · cm · °C.
L
A = 2,0 m2
ar
gelo
‡gua
 
a) O calor é conduzido da água ao ar através do 
gelo. O fluxo de calor ϕcal, definido como a 
quantidade de calor conduzida por unidade 
de tempo, é dado por:
 ϕcal = kA
Tag – Tar
L ,
 onde k = 4,0 · 10–3 cal/(s · cm · °C) é a 
condutividade térmica do gelo. Qual o fluxo 
de calor através do gelo para L = 5,0 cm?
b) Ao solidificar-se, a água a 0 °C perde uma 
quantidade de calor que é proporcional à 
massa de água transformada em gelo. A cons-
tante de proporcionalidade LS é chamada de 
calor latente de solidificação. Sabendo-se que 
o calor latente de solidificação e a densidade 
do gelo valem, respectivamente, LS = 80 cal/g 
e ρg = 0,90 g/cm
3, calcule a quantidade de 
calor trocada entre água e o ar para que a 
espessura do gelo aumente de 5,0 cm para 
15 cm.
47. Um calorímetro é feito de cobre revestido por 
placas de cortiça. Numa dada experiência, o equi-
líbrio térmico no interior do calorímetro ocorre 
a 210 °C, enquanto a temperatura do ambiente 
externo é 40 °C. A área das paredes revestidas é 
de 0,26 m2. As paredes de cobre têm espessura 
de 1,0 mm e as placas de cortiça, 5 mm. Sendo 
0,92 cal/s · cm · °C e 1,3 · 10-4 cal/s · cm · °C os 
coeficientes de condutividade térmica do cobre e 
da cortiça, respectivamente, determine:
a) a temperatura na superfície de contato entre 
o cobre e a cortiça;
b) o fluxo de calor que atravessa o revestimento 
de cortiça.
48. De acordo com a teoria cosmológica mais aceita 
atualmente (Big Bang), o universo começou a 
partir de uma explosão. Inicialmente, a tempera-
tura do universo era muito alta. Porém, à medida 
que o universo expande, a temperatura diminui. 
Imaginando o universo como um imenso corpo 
negro, ainda hoje deve estar preenchido com 
uma radiação, denominada radiação cósmica de 
fundo, que foi detectada pela primeira vez em 
1964 por Arno Penzias e Robert Wilson. Em 1990, 
foi lançado um satélite com o objetivo de estudar 
essa radiação, e o gráfico da intensidade em fun-
ção da frequência é semelhante ao da figura, com 
um máximo de intensidade para f ≅ 2,8 · 2011 Hz. 
Faça uma estimativa da temperatura atual do 
Universo.
f (1011 Hz)2,80
I
z
a
P
t
Transmissão de calor 117
SugESTõES DE LEITuRA
SILVA, Adriana V. R. Nossa estrela: o Sol. São Paulo: 
Livraria da Física, 2006.
• Neste livro há uma descrição das principais 
propriedades do Sol e do modo como ele 
produz energia. Por enquanto, recomendamos a 
leitura dos dois primeiros capítulos.
FLANNERY, Tim. Os senhores do clima. Rio de 
Janeiro: Record, 2007.
• Este livro descreve com bastantes detalhes as 
mudanças climáticas que vêm ocorrendo na 
Terra e sua relação com o aquecimento global.
CaPÍTULO
6Leis dos Gases Ideais
Capítulo 6118
No capítulo 2, estudamos a dilatação dos sólidos e dos líquidos causada por 
variações de temperatura. Nesses casos, a pressão externa tem infl uência pequena, 
pois sólidos e líquidos são pouco compressíveis. Os gases, porém, são facilmente 
compressíveis; assim, no estudo dos efeitos causados pelas variações de temperatu-
ra, a pressão externa deve ser considerada.
Neste capítulo veremos que, para caracterizar o estado de um gás, é necessário 
levar em conta três grandezas: volume, temperatura e pressão, e nosso objetivo 
principal será encontrar uma forma de relacionar essas três grandezas. Com esse 
fi m, veremos que mais importante que conhecer a massa do gás é saber o seu nú-
mero de moléculas. Dadas duas amostras de gases diferentes, com massas diferen-
tes, mas com o mesmo número de moléculas, observa-se que as duas amostras têm 
aproximadamente o mesmo comportamento. Por isso, antes de iniciarmos o estudo 
das leis dos gases, vamos recordar alguns conceitos que você deve ter estudado nas 
aulas de Química: mol e massa molar.
1. O mol e a massa molar
Para facilitar o estudo das massas dos átomos e das moléculas, adotou-se um pa-
drão de medida de massa a partir do átomo de carbono-12 (12C). Ele possui em seu 
núcleo um total de 12 partículas: 6 prótons e 6 nêutrons; além disso, tem 6 elétrons 
na eletrosfera. Esse padrão é chamado de unidade de massa at™mica:
1 unidade de massa atômica = 1u = 
massa do átomo de 12C
12
Experimentalmente, obtém-se: 
1u ≅ 1,66057 · 10–27 kg
Como a massa do próton é aproximadamente 
igual à massa do nêutron, e a massa do elétron é 
muito pequena em comparação com a massa do 
próton, temos:
massa do próton ≅ massa do nêutron ≅ 1 u
1. O mol e a massa molar
2. O gás ideal
3. A Lei de Boyle
4. As Leis de Charles/Gay-
Lussac
5. Lei Geral dos Gases 
Ideais
6. Equação de Clapeyron
7. Densidade de um gás 
ideal
8. Teoria cinética dos 
gases
próton
nêutron
elétron
z
A
P
T
Figura 1. Representação simbó-
lica do átomo de 12C. (Apenas 
simbólica, pois não conhecemos 
o movimento real dos elétrons.)
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