Ficha nº6

1.3.3 Transferências de energia por calor

1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos

1. Pretende-se instalar numa habitação um sistema de aquecimento a partir do chão. A taxa de energia como calor disponível é de 60 W por metro quadrado.

Para que não seja desconfortável caminhar no pavimento, a diferença de temperaturas ϴ1 - ϴ2 não deverá exceder os 30 º C.

Calcule a espessura do pavimento a colocar no chão, se for usada:

1.1. madeira;

1.2. cortiça.

Dados:

kmadeira = 0, 15 W m-1 K-1; kcortiça = 0,05 W m-1 K-1

2. Três objetos, um novelo de lã, uma colher de pau e uma chave metálica, são deixados no exterior durante uma noite de inverno, numa aldeia do concelho de Montalegre.

2.1 Qual dos objetos da rá a sensação de estar mais frio, quando for tocado?

A. A chave metálica.

B. O novelo de lã .

C. A colher de pau.

D. Todos os objetos darão a mesma sensação.

2.2 Qual dos objetos estará a uma temperatura mais baixa?

A. A chave metálica.

B. O novelo de lã.

C. A colher de pau .

D. Todos os objetos estarão à mesma temperatura.

3. As casas do Alentejo e do Algarve são maioritariamente pintadas de branco. Haverá alguma razão para tal?

4. Inspirada em algumas pesquisas na Internet, uma jovem decide incorporar uma pequena ventoinha num boné, para se refrescar nos quentes dias de verão. A ventoinha deverá ser acionada pela energia produzida num módulo fotovoltaico (2,0 cm x 5,0 cm) que foi reciclado de um brinquedo.
Considerando que o módulo fotovoltaico tem rendimento de 15%, calcule a potência de funcionamento do motor da ventoinha quando está exposto a uma radiação de 200 W m-2.

5. Considere três latas de alumínio cilíndricas: uma pintada com brilho metálico, outra com tinta baça preta e a outra com tinta baça branca. As latas foram colocadas à mesma distância de uma lâmpada, durante o mesmo intervalo de tempo.

Durante esse intervalo de tempo, registou-se, regularmente, a temperatura no interior de cada uma das latas.

5.1. Qual é o principal mecanismo de transferência de energia responsável pelo aquecimento das latas?

5.2. O filamento da lâmpada incandescente, com área de 50 mm2, emite 1,8 x 103 J de energia, em 20 s. Determine a irradiância do filamento da lâmpada incandescente.

5.3. Indique, justificando, em qual das latas se terá observado uma maior variação de temperatura, durante o referido intervalo de tempo.

6. Selecione a opção que completa corretamente o sentido do texto.
Um copo de água está à temperatura ambiente de 20 ºC. Colocam-se cubos de gelo dentro da água.

A análise dessa situação permite afirmar que a temperatura da água irá diminuir, porque .. .

A . .. . o gelo irá transferir frio para a água.

B . ... a água irá transferir calor para o gelo.

C . ... o gelo irá transferir frio para o meio ambiente.

D . ... o gelo transfere calor para a água.

7. Por que razão a neve da serra da Estrela se conserva durante muito tempo quando há sol?

8. Na tabela, encontram-se as temperaturas de fusão e de ebulição, à pressão atmosférica normal, de várias substâncias, bem como as respetivas variações de entalpia de vaporização.

8.1. Para cada substância, exprima, em ºC, a diferença entre a respetiva temperatura de fusão e de ebulição.

8.2. Indique em que estado físico se encontram as diferentes substâncias, à temperatura de:

8.2.1. - 80 ºC;

8.2.2. 80 ºC.

8.3. Das substâncias incluídas na tabela, qual a que requer mais energia para que 1 kg dessa substância passe do estado líquido ao estado de vapor?

9. Normalmente as barras de chocolate são embrulhadas com papel prateado. Porquê?

10. Considere o excerto da ficha informativa de uma marca de painéis fotovoltaicos vendidos em Portugal.

10.1. Calcule a quantidade mínima de energia elétrica que estes módulos fotovoltaicos produzem por metro quadrado e por hora.

10.2. Caso se pretenda manter ligada uma bomba de água de 800 W, durante duas horas por tarde, que área de módulo de silício cristalino se deverá instalar para garantir o seu funcionamento durante todo o ano?

10.3. Supondo que, em Portugal continental cada metro quadrado de superfície recebe, em média, 500 W de radiação, determine o rendimento destes módulos fotovoltaicos.

11. Leia o seguinte texto.
"No centro do Sol, os núcleos de átomos de hidrogénio fundem -se originando núcleos de hélio. A energia resultante desta reação é radiada para o espaço, e parte dela atinge a atmosfera terrestre com uma intensidade de cerca de 1373 W m-2.
Uma vez que parte da energia inicial é refletida ou absorvida pela atmosfera, num dia de céu claro é possível medir junto à superfície terrestre num plano perpendicular, cerca de 1000 W m-2.
Esta radiação disponível à superfície terrestre divide-se em três componentes: direta, a que vem "diretamente" desde o disco solar; difusa, a proveniente de todo o céu exceto do disco solar, das nuvens e das gotas de água entre outros; e refletida, proveniente da reflexão no chão e dos objetos circundantes."

Adaptado de www.energiasrenovaveis.com/

Um painel fotovoltaico de área 15,0 m2 é instalado no telhado de uma casa e apresenta um rendimento de 10%. Determine a potência elétrica disponibilizada ao circuito elétrico da casa considerando a irradiância referida no texto.

12. Um calorímetro contém 500 g de água à temperatura de 25 ºC. Fornece-se à água 20 000 cal de energia como calor. Determine a temperatura final da água. Exprima o valor em kelvin.
(Cágua = 4,18 J g-1 ºC-1)

13. Num recipiente com água, são despejados cubos de gelo e o recipiente é tapado. Ao fim de meia hora, o recipiente atinge o equilíbrio térmico verificando-se um aumento da quantidade de água líquida e uma redução no tamanho dos cubos de gelo. Nestas circunstâncias, pode afirmar-se que a temperatura da água

A. é superior à temperatura dos cubos de gelos que restam.

B. e dos cubos de gelo que existem é a mesma.

C. é inferior à temperatura dos cubos de gelos que existem.

D. e dos cubos de gelo depende da quantidade que existe de água e gelo.

14. Uma panela de alumínio coze melhor os alimentos, tendo como fonte de energia uma placa elétrica, se:

(A) for totalmente polida.

(B) tiver o fundo preto e as paredes laterais polidas.

(C) tiver o fundo polido e as paredes laterais pretas.

(D) estiver a cozer exposta ao sol e for toda revestida de preto.

15. Uma parede de tijolo separa um compartimento A. que se encontra à temperatura de 80 ºC e onde se liberta uma taxa de energia como calor, por unidade de área, de 80 W m-2, de um compartimento B, cuja temperatura não deve ultrapassar 40 ºC.

Qual a espessura mínima da parede?

Dados: ktijolo = 0,60 W m-1 K-1

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