2F - Física - semana de 15/06 A 19/06
Respostas do exercício : enviar para o email professora.abud@gmail.com até 26/06
Habilidade: Avaliar a conservação de energia em sistemas físicos, como nas trocas de calor com mudanças de estado físico, e nas máquinas mecânicas a vapor;

Conteúdo: Experimento de Joule

O médico alemão Robert Mayer e James Prescott Joule (foto) deram a idéia que levou ao conceito de calor que temos hoje, e à conservação de energia. Eles afirmaram que o calor podia ser transformado em trabalho mecânico e vice-versa.

Mayer e Joule, calcularam, baseados em dados diferentes, a exata quantidade de trabalho necessária para produzir aumento da quantidade de calor.

Joule realizou diversos experimentos na busca do equivalente mecânico do calor. Por volta de 1840, inventou um recipiente com água, isolado termicamente, no qual colocou um sistema de pás que podiam agitar a água.

Como mecanismo impulsor, utilizou um bloco que deixava cair lentamente de uma certa altura. Como havia atrito das pás com água, o bloco caia com velocidade praticamente constante, ou seja, a energia cinética era invariável, e então pode calcular a energia potencial dispendida para fazer girar as pás que desta forma aqueciam a água.

Praticamente toda a energia potencial do bloco era transformada em calor pelo movimento mecânico da água.

Conhecendo o valor do peso do bloco, da massa de água do recipiente e da variação de sua temperatura, Joule calculou a quantidade de energia transferida para a água, ou seja, o calor recebido e assim determinou quantos joules de energia mecânica eram equivalentes a 1 caloria de calor.

Foi assim que Joule chegou ao seu equivalente mecânico do calor.

Mayer, baseado na teoria, e Joule, nos experimentos, chegaram a verdadeira natureza do calor: uma forma de energia.

Exercícios

1. Quando um fio condutor é percorrido por uma ________, parte da energia ________ dos ____________ é transferida para os átomos, aumentando sua agitação. Com isso, há um aumento na ________. O nome que se dá a esse fenômeno é efeito ________.

Complete as lacunas e assinale a alternativa correta:

a) corrente elétrica, elétrica, elétrons, temperatura, Joule.

b) corrente elétrica, potencial, elétrons, temperatura, compton.

c) tensão elétrica, potencial, prótons, temperatura, fotoelétrico.

d) tensão elétrica, elétrica, elétrons, temperatura, Joule.

e) corrente elétrica, cinética, elétrons, temperatura, Joule.

2. Assinale a alternativa incorreta em relação ao efeito Joule.

a) O calor dissipado pelo efeito Joule é diretamente proporcional ao quadrado da corrente elétrica.

b) A energia elétrica dissipada em forma de calor é diretamente proporcional à potência elétrica dissipada.

c) A quantidade de calor dissipada é inversamente proporcional à resistência elétrica do material.

d) Quanto maior o tempo de passagem da corrente elétrica, maior será a quantidade de energia dissipada.

e) Se um material dissipa mais energia em forma de calor do que outro, sua resistência elétrica é maior.

3. Podemos calcular a quantidade de calor dissipado pelo efeito Joule por meio de uma relação simples: Q = i²R.t, na qual Q é a quantidade de calor dissipado em Joules; i é a corrente elétrica em Amperes; R é a resistência elétrica do condutor em Ohms; e t é o tempo que a corrente elétrica leva para atravessá-lo em segundos. Dessa forma, assinale a alternativa que apresenta corretamente a resistência elétrica, em Omhs, de um condutor que dissipa 64 J de calor quando percorrido por uma corrente elétrica de 4 A durante um tempo de 2 s.

a) 20 Ω

b) 2 Ω

c) 10 Ω

d) 100 Ω

e) 0,2 Ω

4. Suponha que o experimento de Joule tenha sido realizado com dois corpos de massas m = 5,0 kg, caindo de uma altura h = 2,0 m, em um local onde a aceleração da gravidade é g = 9,8 m/s² . Suponha, ainda, que a massa de água contida no recipiente era de m_água = 500 g e que a elevação de temperatura dessa massa de água tenha sido de ∆T = 1,4°C. Assinale a alternativa que corresponde ao número de vezes que os dois corpos tiveram que cair simultaneamente para que Joule chegasse à conclusão de que o equivalente mecânico do calor era de aproximadamente 4,2 J, ou seja, que 1,0 cal equivale a cerca de 4,2 J. Considere o calor específico da água igual a 1,0 cal/g.°C.