Correção dos exercícios

Conforme combinamos em aula, até o dia 01/05 (às 23h59...) será possível refazer os exercícios. Dependendo da qualidade do resultado, a nota atribuída poderá ser aumentada.

Questões 4 e 5 - Robson, Mariana, Bianca e Leandro

4) Medidas da radiação solar fora da atmosfera terrestre indicam uma potência por unidade de área (ortogonal à direção da radiação) de 1350W/m². Considerando que uma fração da ordem de 30% da radiação recebida seja refletida de volta, não sendo absorvida portanto (o albedo terrestre), calculo, em Joules, a radiação total recebida pela Terra em um dia. Com base nesse resultado, faça uma estimativa para o valor total da radiação emitida pela Terra em um dia. Explique suas hipóteses.

P_Sol - 1350W/m² - 1350 J/s m²

Raio da Terra: 6378,10 Km

1 dia = 24h.60min.60seg = 86400s

A= 4 . π.r² = 4. π . 6278100m³ = 4,95.10¹⁴

Energia recebida = 1350 . 86400 . 4,95.10¹⁴ ~ 5,78 .10²²W/m²

Então, 30% da Energia refletida será ~ 1,73 . 10²²W/m²

5) Podemos estimar a evaporação de água em um dia imaginando-a correspondente a uma altura média de 2,5mm de água que evapora ao longo de toda a superfície da Terra.

            a) A partir dessa informação, calculo o volume e a massa de água que evapora em um dia.

            b) Estime o volume e a massa de água que precipitam em chuva em toda a Terra ao longo de um dia. Explique sua hipótese.

            c) Procure desenvolver um procedimento para estimar a energia envolvida nesse ciclo (em um dia). Explicite as hipóteses assumidas por você. Compare seu resultado com o cálculo da energia proveniente do Sol absorvida pela Terra em um dia (da questão anterior)

a - Considerando a área da Terra e o volume indicado, temos:

V = A . h = 4 . π.r² . h = 4. π . 6278100m³ . h = 4,95.10¹⁴ . 0,025 = 1,24 . 10¹³ m³

Se ρ_H2O = 1000Kg/m³, então, a massa da água → M = V . ρ → M = 1,24 . 10¹³ . 10³ = 1,24 . 10¹⁴Kg

b - Considerando que a mesma quantidade de água evaporada é a mesma que precipita, logo, teremos 1,24 . 10¹⁴Kg. Caso contrário a dinâmica da Terra não se manterá.

c - Nossa hipótese que é a energia envolvida se dá pela fórmula abaixo:

Q = m . c . ∆t + m . l

Q = 1,24 . 10¹⁷ . 1. 20 + 1,24 .10¹⁷ . 540

Q =  2,48 . 10¹⁷ + 6,70 .10¹⁹

Q = 2,48 . 10¹⁷ + 670 .10¹⁷

Q = 672,48 . 10¹⁷

Q = 6,72. 10¹⁹J

Questões 8 e 9

8-

Ao analisarmos o experimento chegamos à conclusão de que as trocas que ocorrem entre as bexigas são de partículas e de pressão. Como a bexiga perde mais elasticidade ao enchermos mais, a sua força elástica diminui quanto mais cheia ela estiver.

Sendo assim, a força elástica da bexiga mais vazia é maior que a da mais cheia, tendendo que a mais vazia esvazie ainda mais, enchendo ainda mais a mais cheia. Sendo a força elástica menor, a pressão interna da bexiga também é menor e vice versa.

Para verificar se realmente era a força elástica da bexiga que influenciava essa ocorrência, enchemos duas bexigas novas com aproximadamente a mesma quantidade de ar e depois esvaziamos pela metade uma das bexigas. Acreditamos que assim as duas bexigas perdem a mesma elasticidade.

Ao conectar as duas bexigas pela mangueira, as bexigas deveriam ficar com a mesma quantidade de ar, sem fazer troca (a bexiga mais vazia não enxeria e nem esvaziaria), e foi exatamente isso o que aconteceu.

Para fazer mais uma verificação, apertamos a bexiga mais cheia para que o ar fosse para a mais vazia, deixamos elas com aproximadamente o mesmo volume e depois soltamos a bexiga que inicialmente estava mais cheia para ver o que aconteceria, e o que aconteceu é que elas continuaram com o mesmo volume. Como a elasticidade da bexiga era a mesma, uma não conseguia encher a outra.

 E se compararmos esse experimento com a experiência de encher a bexiga com o ar do pulmão, percebemos que para encher a bexiga, contraímos alguns músculos referentes a respiração para que a pressão dentro do nosso pulmão seja maior que a pressão dentro da bexiga, que inicialmente é a pressão atmosférica.

9-

a)  Para analisarmos a pressão utilizando o gráfico, primeiro é necessário converter a temperatura de 120°C para kelvin. Sabendo que:

Tk = Tc + 273

Temos:

Tk = 120 + 273 = 393 K

Verificando no gráfico a pressão correspondente a temperatura de 393 K, estipulamos o valor aproximado de 20^-1 Mpa ou 2 x 10⁵ Pa

b) Sabendo que a água ferve a 100°C submetida à pressão atmosférica de 1 atm, então multiplicando 100°C por 0,4 atm calculamos que a água irá ferver a 40°C

Como a água não passará de 40°C, o ovo só recebera essa quantidade de calor. Assim será mais difícil cozinhar o ovo na água a uma temperatura de 40°C se compararmos na água a temperatura de 100°C

c) Como em uma pressão de 1 atm a temperatura máxima da água é 100°C, uma pressão de 35 atm a temperatura máxima da água será 35 vezes mais alta, resultando em 3500°C

Questões 2 e 3.

1-) Adiabáticas: Geladeira, garrafa térmica, forno, micro-ondas e caixas de sucos.

Todos os casos possuem paredes que impedem que o calor seja perdido para o meio.

Diatérmicas: Panela, boca do fogão, vasilhames.

Nesse caso, os utensílios são feitos para que o calor passe por ele e aqueça a comida.

2-) A afirmação não está correta, o nosso corpo produz o calor, o cobertor apenas ajuda a impedir que o calor se dissipe para o ambiente.

Por dia, um ser humano normal produz cerca de 146 W, ou seja, 146 J/s.

Primeiro descobrimos quantos Watts ele perde por hora.

24 horas - 86 400 segundos - 146 J/s
1 hora  - 60 segundos - x J/s

Em uma hora, ele produz cerca de 6,08 W.

Estimando que uma pessoa durma cerca de 8 horas por noite, ele produzirá cerca de 48,6 W numa noite.


3-) A estaca fincada na cidade A não terá sombra.
Na cidade B, a sombra dela será uma relação entre o sol, que faz um angulo de 60° com a cidade, e o terreno.

Esquema cidade A e cidade B.

A sombra formara um triângulo entre os raios de sol e o solo da cidade. 

Tirando a tg 60°, obteremos o valor de x. 

tg60° = x/1

tg60° = 1,73

h² = c² + c²

h² = 1² + 1,73²

h = 2 m

Para descobrirmos quantos W um terreno de um metro quadrado, fazemos uma regra de 3.

1 m ²   -   1000W

3 m ²   -   x W

x = 3000 W

Resolução dos exercícios 4 e 5 (Rafael de Assis, Joedson Almeida, Julio Cesar)

EXERCÍCIO 1 - Descreva algumas situações em uma cozinha típica em que seria conveniente utilizar uma parede diabática ou uma diatérmica. Justifique cada situação.
RESOLUÇÃO:
          Adiabática - Como são paredes que não permitem troca de calor do meio interno para externo, os melhores exemplos são: geladeira, garrafa térmica, fornos, entre outros isolantes.
         Diatérmica - Sendo paredes que permitem a troca de calor entre o meio interno e o externo, os melhores exemplos são as panelas.


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EXERCÍCIO 4 - Medidas da radiação solar fora da atmosfera terrestre indicam uma potência por unidade de área (ortogonal à direção da radiação) de 1350 W/m². Considerando que uma fração da ordem de 30% da radiação recebida seja refletida de volta, não sendo absorvida portanto (o albedo terrestre), calcule em joules a radiação total recebida pela Terra em um dia. Com base nesse resultado, faça uma estimativa para o valor total da radiação emitida pela Terra em um dia. Explicite suas hipóteses.

RESOLUÇÃO: 

          Tendo em mente que a Terra absorve apenas 70% da radiação solar diariamente, que corresponde a 945 W/m² e sabendo que 1 W corresponde a 1 J/s, devemos saber qual a radiação absorvida pela área superficial da Terra no período de 24 horas. Supondo que a Terra é uma esfera, podemos calcular sua área superficial utilizando A = 4πr². Sendo o raio da Terra igual a 6000 km, sua área superficial será 

A = 4,52 x 10¹⁴ m². Com essas informações, podemos estimar finalmente a radiação absorvida pela Terra em um dia, da seguinte maneira: 

945 W - 1m²

  x        - 4,52 x 10¹⁴ m²

Portanto, são 4,27 x 10¹⁷ W absorvidos em toda a superfície terrestre. No período de 1 dia temos:

    4,27 x 10¹⁷ J - 1 s

       x                - 86400 s

Portanto a Terra absorve 3,69 x 10²² J de radiação solar no período de 1 dia.

          Analogamente, os outros 30% da radiação, que correspondem a 405 W, são emitidos pela Terra. Então temos: 

405 W - 1m²

  x        - 4,52 x 10¹⁴ m²

Portanto, são 1,83 x 10¹⁷ W emitidos por toda a superfície terrestre. No período de 1 dia temos:

    1,83 x 10¹⁷ J - 1 s

       x                - 86400 s

Portanto a Terra emite 1,58 x 10²² J de radiação solar no período de 1 dia. 

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EXERCÍCIO 5 - Podemos estimar a evaporação da água em um dia imaginando-a correspondente a uma altura média de 2,5 mm de água que evapora ao longo de toda a superfície da Terra.

a) A partir dessa informação, calcule o volume e a massa de água que evapora em um dia.

b) Estime o volume e a massa de água que precipitam em chuva em toda a superfície da Terra ao longo de um dia. Explicite suas hipóteses.

c) Procure desenvolver um procedimento para estimar a energia envolvida nesse ciclo (em um dia). Explicite as hipóteses assumidas por você. Compare seu resultado com o cálculo da energia proveniente do Sol absorvida pela Terra em um dia (questão anterior).

RESOLUÇÃO: 

          a) Considerando a área superficial da Terra como sendo A = 4,52 x 10¹⁴ m², como demonstrado no exercício anterior, e uma altura de água de de 2,5 cm ao longo da superfície que evapora diariamente, temos que o volume e a massa de água evaporada correspondem à:

V = A x h                                                 m = ρ x V

V = 4,52 x 10¹⁴ x 0,025                           m = 1000 x 1,13 x 10¹²

V = 1,13 x 10¹² m³                                  m = 1,13 x 10¹⁵ kg

         b) Com as informações vistas até aqui, e tendo em mente que o processo estudado é cíclico, para que não haja o esgotamento da água no processo de evaporação, devemos assumir que a altura de água precipitada ao redor da superfície seja no mínimo a mesma que evapora em um dia. Para visualizarmos melhor, vamos verificar o volume e a massa precipitados num dia em que choveu o dobro do que é evaporado. Sendo assim, temos:

V = A x h                                                 m = ρ x V

V = 4,52 x 10¹⁴ x 0,050                           m = 1000 x 2,26 x 10¹²

V = 2,26 x 10¹² m³                                  m = 2,26 x 10¹⁵ kg

          c) Neste caso, devemos saber a energia envolvida no processo de evaporação e precipitação para essas determinadas massas de água. A energia total no sistema será a soma de cada uma delas. Consideramos aqui, o calor latente (calor de transformação) da água, o mesmo da evaporação e da precipitação, no caso 2256 kJ/kg.

Q₁ = L x m                                                     Q₂ = L x m

Q₁ = 2256 x 10³ x 1,13 x 10¹⁵                               Q₂ = 2256 x 10³ x 2,26 x 10¹⁵                       

Q₁ = 2,55 x 10²¹ J                                          Q₂ = 5,09 x 10²¹ J

Portanto:

Q = 2,55 x 10²¹  + 5,09 x 10²¹ 

Q = 7,65 x 10²¹ J 

Ao se comparar esse valor com o calculado no exercício anterior, vemos que a energia do ciclo da água, equivale a quase 20% da energia que a Terra absorve da radiação solar. 

Questões 6 e 7

1)      Um bom exemplo de situações na cozinha que sejam ideias usar uma parede adiabática seria um café quente numa garrafa térmica, pois a garrafa impediria a torca de calor do café com o ambiente.

Um exemplo de parede diatérmica seria o papel alumínio envolvendo uma travessa de frango assado.

2)      Quantas calorias um ser humano gasta por dia?

Supondo que um adulto de porte médio tenha que ingerir 3000 kcal por dia para se manter bem,  temos:

3000 kcal/dia

Porém, para saber qual a potência, precisamos converter esse valor, de kcal para cal:

1000 cal  -  1 kcal
x               -   3000 kcal

1000 * 3000 = 1x
x= 3000000 cal

Para calcular a potência em watt, precisamos transformar essas calorias e joule e o tempo (1 dia) em segundos. Assim, temos:

4,2 j  -  1 cal

X       - 3000000 cal

x= 12600000 j

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1 dia   -   24 horas   -  86400 segundos

Aplicando na fórmula:

W = 12600000
          86400

W= 145,83 w

6)         1 tep  –  273,2 milhões de ton.
           1,4 tep -  x

X = 3,82 * 10^8 toneladas por pessoa

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1 tonelada  -  4,2 * 10^9 j
3,82 *10^8toneladas  - x

X =  1,60 * 10^9 j

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1,6 * 10^10j – x      
4,2 * 10³j  - 1 cal

X = 3,8 * 10^15 cal/ por pessoa

x = 3,8 * 10^12 kcal / por pessoa

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                  365 dias – 3,8 *10^12 kcal

1 dia – x

X = 1,04 * 10^10 kcal/dia   (de energia de petróleo)

Necessidade energética :

Kcal           cal

1      -       1000  

X      -       3000

X=3 kcal/ dia

7. a) As paredes pulmonares são móveis pois permitem a troca de volume.

b)A causa é a diferença de pressão dentro e fora do pulmão.

c) Na inspiração, a pressão dentro dos pulmões é maior que a pressão atmosférica porque o ar está ocupando uma área menor que o ar atmosférico.

d)A pressão fora dos pulmões é maior porque o ar atmosférico estará espalhado numa área maior.