Prova Escrita de Física e Química A

Prova 715: 1.ª Fase - 2014

GRUPO I

Em 1831, Michael Faraday (1791-1867), um dos mais extraordinários homens do século XIX, descobriu a indução eletromagnética. Este fenómeno, na sua impressionante simplicidade, pode ser observado com uma montagem semelhante à representada na Figura 1: liga-se um galvanómetro G (aparelho que indica a passagem de corrente elétrica) a uma bobina B (fio condutor enrolado em espiral) e introduz-se, ao longo dessa bobina, uma barra magnetizada M. Imediatamente a agulha do galvanómetro se desloca, provando, assim, que o fio é percorrido por uma corrente elétrica, embora na montagem não exista nem pilha, nem gerador de qualquer espécie. O simples movimento da barra magnetizada dá origem à corrente elétrica. 

Só existe corrente elétrica no fio enquanto a barra se move. Se a barra parar, a agulha do galvanómetro regressa imediatamente a zero. 

Rómulo de Carvalho, História do Telefone, 2.a ed., Coimbra, Atlântida, 1962, pp. 67-69 (adaptado) 

1. A partir da experiência descrita no texto, conclui-se que

(A) um campo elétrico origina sempre um campo magnético.

(B) um campo magnético origina sempre uma corrente elétrica.

(C) uma corrente elétrica pode originar um campo magnético.

(D) uma barra magnetizada em movimento pode originar uma corrente elétrica. 

2. Na experiência descrita no texto, enquanto a barra magnetizada M estiver parada em relação à bobina B, a agulha do galvanómetro G estará no zero, porque, nesse intervalo de tempo,

(A) a força eletromotriz induzida nos terminais da bobina é elevada. 

(B) o campo magnético criado pela barra magnetizada é uniforme. 

(C) o fluxo magnético através da bobina é pequeno.

(D) a variação do fluxo magnético através da bobina é nula.

3. Numa experiência semelhante à descrita no texto, o módulo da força eletromotriz induzida nos terminais da bobina será tanto maior quanto

(A) menor for o número de espiras da bobina e menor for a área de cada espira.

(B) menor for a área de cada espira da bobina e mais rápido for o movimento da barra magnetizada. 

(C) maior for o número de espiras da bobina e mais rápido for o movimento da barra magnetizada. 

(D) maior for o número de espiras da bobina e menor for a área de cada espira.

4. Qual é o nome da unidade do Sistema Internacional em que se exprime a força eletromotriz?

GRUPO II

O alumínio é um metal que tem diversas aplicações tecnológicas.

Na tabela seguinte, estão registados os valores de algumas propriedades físicas do alumínio. 

Considere que uma barra de alumínio, de massa 700 g e, inicialmente, a 25,0 °C, é aquecida.

1. Que energia é necessário fornecer à barra, para que a sua temperatura aumente de 25,0 °C para 27,0 °C? 

2. Considere que a área e a emissividade da superfície da barra se mantêm constantes, durante o aquecimento. Quantas vezes é que a potência da radiação emitida pela superfície da barra à temperatura de 200 °C (473 K) é superior à potência da radiação emitida pela superfície da barra à temperatura de 25 °C (298 K)?

(A) Cerca de 1,6 vezes.

(B) Cerca de 6,3 vezes.

(C) Cerca de 8,0 vezes.

(D) Cerca de 4,1 × 103 vezes.

3. Admita que é transferida energia para a barra de alumínio considerada a uma taxa temporal constante de 1,1 kW.

Determine o tempo que a barra demora a fundir completamente, a partir do instante em que atinge a temperatura de 660 °C, admitindo que a totalidade da energia transferida contribui para o aumento da energia interna da barra.

Apresente todas as etapas de resolução. 

GRUPO III

Com o objetivo de investigar a dissipação de energia em colisões de bolas com o solo, um grupo de alunos realizou uma atividade laboratorial, na qual deixou cair bolas de diferentes elasticidades.

Os alunos consideraram o solo como nível de referência da energia potencial gravítica.

1. A tabela seguinte apresenta a altura máxima atingida por uma dessas bolas, após o primeiro ressalto no solo, em três ensaios consecutivos, nos quais a bola foi abandonada sempre de uma mesma altura. 

Apresente o resultado da medição da altura máxima atingida pela bola, após o primeiro ressalto, em função do valor mais provável e da incerteza relativa (em percentagem).

Apresente todas as etapas de resolução. 

2. O coeficiente de restituição, e, na colisão de uma bola com o solo pode ser calculado pela raiz quadrada do quociente da altura máxima atingida pela bola após um ressalto, hapós , e da altura da qual a bola caiu, hqueda

2.1. Na tabela seguinte, estão registadas as alturas máximas atingidas, em sucessivos ressaltos, por uma bola que foi inicialmente abandonada a 1,20 m do solo. 

Para determinar o coeficiente de restituição, e, na colisão da bola com o solo, comece por apresentar uma tabela, na qual registe, para cada um dos ressaltos, a altura de queda, hqueda , e a altura máxima atingida pela bola após o ressalto, hapós .

Calcule o coeficiente de restituição, e, na colisão da bola com o solo, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores registados nessa tabela.

Apresente todas as etapas de resolução.

2.2. Os alunos determinaram um coeficiente de restituição de 0,76 na colisão de uma bola X com o solo e um coeficiente de restituição de 0,65 na colisão de uma bola Y com o solo. 

Estes resultados permitem concluir que, em cada ressalto,

(A)  cerca de 76% da energia mecânica do sistema bola X + Terra é dissipada na colisão com o solo.

(B)  a energia mecânica inicial é menor no caso do sistema bola Y + Terra.

(C)  cerca de 35% da energia mecânica do sistema bola Y + Terra é dissipada na colisão com o solo.

(D)  a percentagem da energia mecânica dissipada na colisão com o solo é menor no caso do sistema bola X + Terra

GRUPO IV 

1. A Figura 2 (que não está à escala) representa uma criança a descer um escorrega cuja secção inclinada tem um comprimento de 4,0 m.

Considere que a criança desce o escorrega partindo do repouso, e que a sua aceleração se mantém constante durante a descida.

Admita que a criança pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material). 

1.1. Considere duas situações distintas:

– Situação I: a resultante das forças dissipativas que atuam na criança é desprezável;

– Situação II: a resultante das forças dissipativas que atuam na criança não é desprezável. 

Nos esquemas seguintes, o vetor aI representa a aceleração da criança na situação I.

Em qual dos esquemas o vetor aII pode representar a aceleração da criança na situação II? 

1.2. Considere que a criança, de massa 30 kg, demora 2,1 s a percorrer a secção inclinada do escorrega.

Calcule a intensidade da resultante das forças que atuam na criança, na situação considerada. Apresente todas as etapas de resolução. 

2. Na Figura 3, está representado um carrossel. Quando o carrossel está em movimento, cada um dos cavalinhos move-se com movimento circular uniforme. 

2.1. Se um cavalinho efetuar quatro rotações por minuto, o módulo da sua velocidade angular será 

2.2. Quando o carrossel está em movimento, os cavalinhos A e B descrevem circunferências de raios diferentes.

Conclua, justificando, qual dos cavalinhos, A ou B, tem maior aceleração.

GRUPO V

1. Considere a configuração eletrónica do átomo de nitrogénio no estado fundamental. 

1.1. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões desse átomo?

(A) Sete. 

(B) Cinco. 

(C) Três. 

(D) Dois.
 

1.2. Quantos eletrões se encontram em orbitais caracterizadas pelo número quântico secundário l = 0, nesse átomo?

(A) Dois. 

(B) Três. 

(C) Quatro. 

(D) Cinco. 

2. A tabela seguinte apresenta os valores de energia dos níveis n = 1, n = 2, n = 3 e n = 4 do átomo de hidrogénio. 

2.1. Qual é a energia mínima necessária para remover o eletrão de um átomo de hidrogénio no estado fundamental?

2.2. Considere um átomo de hidrogénio no estado fundamental, no qual incide radiação de energia 1,80 × 10-18 J.

Conclua, justificando, se ocorre, ou não, transição do eletrão.

2.3. As transições eletrónicas no átomo de hidrogénio originam riscas diferenciadas nos espectros atómicos deste elemento.

O espectro de emissão do átomo de hidrogénio na região do visível apresenta, entre outras riscas, uma risca a uma energia de 4,84 × 10-19 J.

Considerando a transição que origina essa risca, a energia do nível em que o eletrão se encontrava inicialmente pode ser calculada pela expressão

(A) (-5,45 × 10-19 + 4,84 × 10-19) J 

(B) (-5,45 × 10-19 - 4,84 × 10-19) J 

(C) (-2,18 × 10-18 + 4,84 × 10-19) J 

(D) (-2,18 × 10-18 - 4,84 × 10-19) J 

GRUPO VI

A reação de síntese do amoníaco pode ser traduzida por 

Considere que se introduziu, num reator com a capacidade de 1,00 L, uma mistura de nitrogénio, hidrogénio e amoníaco, em fase gasosa, em diferentes concentrações.

O gráfico da Figura 4 representa a evolução, ao longo do tempo, t, das concentrações, c, dessas substâncias, à temperatura T. 

1. Qual foi a variação da concentração de H2(g) no intervalo de tempo [ 0, t1 ] ?

2. A fração molar de NH3 , na mistura gasosa inicialmente introduzida no reator, é

(A) 7,1×10-2 

(B) 6,7×10-2 

(C) 3,6×10-1 

(D) 2,1×10-1

3. Calcule o rendimento da reação de síntese do NH3(g), nas condições consideradas. Apresente todas as etapas de resolução.

4. Na reação de síntese do NH3(g) considerada

(A) libertam-se 92 kJ por cada mole de NH3(g) que se forma.

(B) libertam-se 92 kJ por cada duas moles de NH3(g) que se formam.

(C) são absorvidos 92 kJ por cada mole de NH3(g) que se forma.

(D) são absorvidos 92 kJ por cada duas moles de NH3(g) que se formam. 

5. Preveja, justificando, como variará a composição da mistura reacional se ocorrer um aumento da temperatura do sistema em equilíbrio. 

6. A representação da molécula de NH3 através da notação de Lewis evidencia

(A) a geometria da molécula.

(B) apenas os eletrões de valência partilhados da molécula. 

(C) a orientação espacial da molécula.

(D) todos os eletrões de valência da molécula.

7. Qual das opções seguintes pode representar um modelo tridimensional da molécula de NH3 que evidencie as ligações que se estabelecem entre os átomos? 

GRUPO VII

A ionização do amoníaco em água pode ser traduzida por 

1. Considere uma solução aquosa de amoníaco, de concentração 0,10 mol dm-3, cujo pH, a 25 oC, é 11,1.

1.1.  Verifique que a ordem de grandeza da constante de basicidade do NH3(aq), à mesma temperatura, é 10-5.

Apresente todas as etapas de resolução.

1.2.  Retiraram-se 50,0cm3 da solução aquosa de amoníaco referida e transferiu-se esse volume de solução para um balão volumétrico de 250,0 mL, adicionando-se, em seguida, água destilada até ao traço de referência do balão.

A concentração da solução de amoníaco obtida será

(A) 2,0 × 10-2 mol dm-3 

(B) 2,5 × 10-2 mol dm-3 

(C) 4,0 × 10-2 mol dm-3 

(D) 5,0 × 10-2 mol dm-3

2. Escreva a equação que traduz a reação da espécie NH4+ com a água. 

FIM

 

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