2012 – Teste Intermédio – 11ºAno
Voltar a: Física e Química
- Prova Escrita de Física e Química A – Versão 1
- Prova: Teste Intermédio – 11ºAno – 2012
- Duração do Teste: 90 minutos | 27.04.2012
Grupo I
A atmosfera terrestre é uma faixa gasosa que cobre a superfície da Terra, sendo retida pela atração gravítica exercida pelo planeta.
Na atmosfera, a densidade e a pressão decrescem exponencialmente com a altitude. A temperatura apresenta, no entanto, uma variação mais complexa, decrescendo com o aumento da altitude em algumas camadas da atmosfera e aumentando noutras.
O ar que constitui a camada mais baixa da atmosfera, a troposfera, é uma mistura de gases composta essencialmente por cerca de 78%, em volume, de azoto e 21%, em volume, de oxigénio. Os restantes gases – árgon, vapor de água, dióxido de carbono, néon, etc. – existem em percentagens relativamente baixas, embora alguns deles sejam muito importantes para a vida na Terra.
F. Duarte Santos, Que Futuro? Ciência, Tecnologia,
Desenvolvimento e Ambiente, Gradiva, 2007 (adaptado)
1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar a densidade da atmosfera terrestre em função da altitude?
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (A)
⇒ Os restantes gráficos não correspondem a um “decrescimento exponencial” como referido no segundo parágrafo do texto.
- Opção (A)…………. 8 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)
2. O número de moléculas de oxigénio que existem em 100 dm3 de ar, na troposfera, em condições normais de pressão e de temperatura, pode ser calculado através da expressão
- Opção (D)
⇒ De acordo com o 3.º parágrafo do texto, o ar, na troposfera, contém cerca de 21% em volume de dioxigénio.
Assim, o volume de O2 existente em 100 dm3 de ar é 0,21 x 100 dm3.
⇒ Como n = V/Vm e o volume molar (Vm) de um gás nas condições PTN = 22,4 dm3 mol-1, a quantidade de O2 existente em 100 dm3 de ar (nas condições PTN) será:
⇒ Como N = n x NA, o n mero de moléculas de O2 existente em 100 dm3 de ar é:
- Opção (D)…………. 8 pontos
Grupo II
1. Uma das reações envolvidas na preparação do ácido sulfúrico, H2SO4 (aq), é a reação do dióxido de enxofre, SO2 (g), com o oxigénio, O2 (g), na presença de um catalisador, formando-se trióxido de enxofre, SO3 (g).
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)
1.1. Escreva a equação química que traduz aquela reação (considere que a reação é reversível).
- 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇋ 2 SO3 (g)
- 2 SO2 (g) + O2 (g) ⇋ 2 SO3 (g) —————————– 8 pontos
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)
1.2. A reação de formação do SO3 (g) é exotérmica.
Conclua, justificando, qual é o efeito, na concentração de SO3 (g), do aumento da temperatura do sistema em equilíbrio, admitindo que a pressão se mantém constante.
⇒ A concentração de SO3 diminui com a elevação da temperatura.
⇒ De acordo com o Princípio de Le Chatelier, quando se aumenta a temperatura de um sistema em equilíbrio, a pressão constante, o equilíbrio deve deslocar-se de modo a contrariar o aumento da temperatura, ou seja, no sentido endotérmico.
⇒ Neste caso, como a reação é exotérmica, desloca-se no sentido inverso, com a consequente diminui o da concentração de SO3 (g).
- A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:
A) De acordo com o Princípio de Le Châtelier, o aumento da temperatura favorece a reação endotérmica, que, neste caso, é a reação inversa.
B) Conclui-se, assim, que a concentração de SO3 (g) irá diminuir.
A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.
- 11ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 2 (Equilíbrio químico)
(A) aumentar a quantidade de produto obtida.
(B) aumentar a rapidez das reações direta e inversa.
(C) tornar a reação completa.
(D) tornar a reação mais extensa.
- Opção (B)
- Opção (B)…………. 8 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 2 (Gases e dispersões)
2. A última fase da preparação do ácido sulfúrico consiste em fazer reagir o SO3 (g) com vapor de água, obtendo-se uma solução concentrada de ácido sulfúrico.
Considere que a concentração desta solução é 18,3 mol dm–3.
Determine o volume de solução concentrada que teria de ser utilizado para preparar 250,0 cm3 de uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,50 mol dm–3.
Apresente todas as etapas de resolução.
nsolução concentrada = nsolução diluída
csolução concentrada x Vsolução concentrada = csolução diluída x Vsolução diluída
⇒ Considerando n a quantidade de H2SO4 existente em 250,0 cm3 de solução diluída, temos:
- n = (0,250 dm3) x (0,50 mol dm-3) = 0,125 mol
⇒ O volume V de solução concentrada que contém a mesma quantidade de soluto (0,125 mol de H2SO4) será:
- V x (18,3 mol dm-3) = 0,125 mol ⇔ V = 0,125 /18,3 = 6,83 x 10-3 dm3 = 6,83 cm3
De outro modo:
⇒ A solução concentrada de ácido deve ser diluída 18,3/0,50 = 36,6 vezes, ou seja, passar de um volume V para 250 cm3 tal que:
- 250 /V = 36,6 ⇔ V = 6,83 cm3
- A resolução deve apresentar as seguintes etapas:
A) Cálculo da quantidade de ácido sulfúrico que existe em 250,0 cm3 de solução de concentração 0,50 mol dm–3 (n = 1,25 x 10–1 mol).
B) Cálculo do volume de solução concentrada que teria de ser utilizado (V = 6,8 x 10–3 dm3).
A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.
A classificação a atribuir à resposta resulta da pontuação decorrente do enquadramento num dos níveis de desempenho atrás descritos, à qual podem ser subtraídos pontos, de acordo com o enquadramento nos níveis de desempenho relacionados com o tipo de erros cometidos*.
* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro dos Critérios Gerais de Classificação.
Grupo III
1. O ácido sulfúrico, H2SO4 (aq), é um ácido diprótico que se ioniza em água em duas etapas sucessivas, traduzidas por
H2SO4 (aq) + H2O (l) ⇋ HSO4– (aq) + H3O+ (aq)
HSO4– (aq) + H2O (l) ⇋ SO42– (aq) + H3O+(aq)
Na primeira etapa de ionização, o H2SO4(aq) comporta-se como um ácido forte, podendo considerar-se a sua ionização completa. Na segunda etapa, a espécie HSO4– (aq) comporta-se como um ácido fraco.
- 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
1.1. Identifique um par conjugado de ácido-base nas reações acima representadas.
- H2SO4 / HSO4– OU HSO4– / SO42– OU H3O+ / H2O
- H2SO4 / HSO4– OU HSO4– / SO42– OU H3O+ / H2O ————— 8 pontos
- 11ºano – Química – Domínio 2 – subdomínio 1 (Reações ácido-base)
1.2. O pH de uma solução aquosa de ácido sulfúrico é determinado pela concentração hidrogeniónica total, que depende da contribuição das duas etapas de ionização – a concentração hidrogeniónica resultante da segunda etapa é adicionada à concentração resultante da primeira.
Considere uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 0,010 mol dm–3 na qual a concentração de equilíbrio final da espécie HSO4– (aq) é 3,5 × 10–3 mol dm–3.
Determine o pH da solução aquosa de ácido sulfúrico, a 25 ºC.
Apresente todas as etapas de resolução.
- Consideremos 1 dm3 de solução.
⇒ De acordo com a estequiometria da reação correspondente à primeira etapa da ionização do ácido sulfúrico, em que este ácido se comporta como um ácido forte, a quantidade de H3O+ formada é 0,010 mol, tendo-se também obtido 0,010 mol de HSO4–.
⇒ De acordo com a reação correspondente à segunda etapa da ionização do ácido, a espécie HSO4– comporta-se como um ácido fraco, e, assim, a quantidade de H3O+ proveniente da segunda protólise é :
- n(HSO4–)inicial – n(HSO4–)final = 0,010 mol – 0,0035 mol = 0,0065 mol
Quantidade total de H3O+ = (0,010 + 0,0065) mol = 0,0165 mol
- [H3O+] = 0,0165 mol dm-3
⇒ pH = – log [H3O+] = – log 0,0165 = 1,8
- A resolução deve apresentar as seguintes etapas:
A) Determinação da concentração hidrogeniónica resultante da primeira etapa de ionização do ácido sulfúrico ([H3O+] = 0,010 mol dm–3).
B) Cálculo da concentração hidrogeniónica resultante da segunda etapa de ionização ([H3O+] = 6,50 10–3 mol dm–3).
C) Cálculo da concentração hidrogeniónica total e do pH da solução aquosa de ácido sulfúrico (pH = 1,8).
A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.
A classificação a atribuir à resposta resulta da pontuação decorrente do enquadramento num dos níveis de desempenho atrás descritos, à qual podem ser subtraídos pontos, de acordo com o enquadramento nos níveis de desempenho relacionados com o tipo de erros cometidos*.
* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro dos Critérios Gerais de Classificação.
2. As moléculas de ácido sulfúrico são constituídas por átomos de hidrogénio, de enxofre e de oxigénio.
2.1. Os eletrões de valência dos átomos de oxigénio e de enxofre, no estado fundamental, distribuem-se
(A) apenas por orbitais com l = 1.
(B) pelo mesmo número de orbitais.
(C) por orbitais com o mesmo número quântico principal.
(D) por orbitais com l = 1 e com l = 2.
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (B)
⇒ O – 1s2 2s2 2p4
⇒ S – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
O oxigénio e o enxofre localizam-se no mesmo grupo da Tabela Periódica (grupo 16), têm o mesmo número de eletrões de valência (6) e o mesmo tipo de orbitais de valência preenchidas (ns2 npx2 npy1 npz1 ).
⇒ Assim, os eletrões de valência distribuem-se pelo mesmo n mero de orbitais (uma orbital s e 3 orbitais p)
- Opção (B)…………. 8 pontos
- 10ºano – Química – Domínio 1 – subdomínio 3 (Tabela periódica)
2.2. Considere o período da tabela periódica onde se encontra o elemento enxofre.
Qual é o elemento desse período cujos átomos, no estado fundamental, apresentam maior energia de ionização?
⇒ Árgon, dado que a primeira energia de ionização, ao longo de um período, aumenta genericamente com o número atómico – o eletrão a mais (relativamente ao elemento precedente) ocupa a mesma camada eletrónica mas a carga nuclear (positiva) é cada vez maior, aumentando a for a atrativa núcleo-eletrão.
- Argon ou Ar …………. 8 pontos
Grupo IV
1. A condutividade térmica de um metal A é cerca do dobro da condutividade térmica de um metal B.
Admita que uma barra do metal A e uma barra do metal B têm igual comprimento e igual área de secção reta. A barra do metal A é sujeita a uma taxa temporal de transferência de energia como calor que é o dobro da taxa a que é sujeita a barra do metal B.
Comparando a diferença de temperatura registada entre as extremidades da barra do metal A, ∆TA, e a diferença de temperatura registada entre as extremidades da barra do metal B, ∆TB, num mesmo intervalo de tempo, será de prever que
(A) ∆TA = 2 ∆TB
(B) ∆TA = 1/4 ∆TB
(C) ∆TA = ∆TB
(D) ∆TA = 4 ∆TB
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (C)
⇒ A expressão que relaciona a taxa temporal de transferência de energia como calor e a diferença de temperatura entre as extremidades de uma barra é:
- Opção (C)…………. 8 pontos
- 10ºano – Física – subdomínio 3 (Energia, fenómenos térmicos e radiação)
2. Considere uma amostra de um metal que se encontra à temperatura de fusão desse metal e a pressão constante.
Se se pretender calcular a energia necessária para fundir completamente a amostra, as grandezas que devem ser conhecidas são
(A) a temperatura de fusão do metal e a capacidade térmica mássica do metal.
(B) a temperatura de fusão do metal e a variação de entalpia (ou calor) de fusão do metal.
(C) a massa da amostra e a temperatura de fusão do metal.
(D) a massa da amostra e a variação de entalpia (ou calor) de fusão do metal.
- Opção (D)
⇒ A energia necessária para fundir uma amostra de um dado material, o metal, que se encontra à temperatura de fusão, depende apenas da massa da amostra, m, e do calor de fusão mássico, L, a pressão constante, sendo o seu valor E = m L.
- Opção (D)…………. 8 pontos
Grupo V
Uma bola é abandonada de uma altura, h, em relação ao solo.
Na Figura 1, desenhada à escala, estão representadas a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o primeiro ressalto, hA, e a altura máxima em relação ao solo atingida pela bola após o segundo ressalto, hB.
Considere desprezável a força de resistência do ar, e admita que a bola pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).
- 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
- 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola
1. Considere a escala representada na figura e admita que a percentagem de energia dissipada é a mesma em cada ressalto.
Determine a altura, h, da qual a bola foi abandonada.
Apresente todas as etapas de resolução.
⇒ Percentagem de energia dissipada no ressalto 1 = Percentagem de energia dissipada no ressalto 2,
então,
⇒ Percentagem de energia não dissipada no ressalto 1 = Percentagem de energia não dissipada no ressalto 2.
⇒ Como a resistência do ar é desprezável, durante a queda e durante a subida há conservação de energia mecânica.
- Assim, para o 2.º ressalto, por exemplo, a energia cinética com que a bola atinge o solo é igual à sua energia potencial em A e a energia cinética com que abandona o solo é igual à energia potencial em B.
Pode, então, escrever-se:
- Recorrendo a uma régua medem-se as alturas hA e hB representadas na figura 1, sendo a escala 0,20 m/cm.
- Em relação ao 1.º ressalto, tem-se:
- A bola foi abandonada de uma altura de 1,2 m.
- A resolução deve apresentar as seguintes etapas:
A) Cálculo da percentagem de energia dissipada em cada ressalto (37,5 %).
OU
Cálculo da percentagem de energia não dissipada em cada ressalto (62,5%).B) Cálculo da altura da qual a bola foi abandonada (h = 1,3 m).
A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.
A classificação a atribuir à resposta resulta da pontuação decorrente do enquadramento num dos níveis de desempenho atrás descritos, à qual podem ser subtraídos pontos, de acordo com o enquadramento nos níveis de desempenho relacionados com o tipo de erros cometidos*.
* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro dos Critérios Gerais de Classificação.
- 10ºano – Física – subdomínio 1 (Energia e movimentos)
- 10ºano – Física – A.l. – 1.2 – Movimento vertical de queda e ressalto de uma bola
2. Explique porque é que a altura máxima atingida pela bola após cada ressalto é sucessivamente menor.
⇒ Durante a interação da bola com o solo, em cada um dos ressaltos há dissipação de energia mecânica, isto é, a energia cinética com que a bola abandona o solo é inferior à energia cinética com que atinge o solo.
⇒ Dado que, enquanto a bola está no ar, há conservação de energia mecânica, pois as forças dissipativas são desprezáveis, a altura máxima atingida pela bola após cada um dos ressaltos vai diminuindo.
- A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:
A) Em cada ressalto, existe dissipação de energia mecânica (ou de energia cinética) na interação entre a bola e o solo.
B) Assim, a energia mecânica (ou a energia cinética ou o módulo da velocidade) com que a bola sai do solo é inferior à energia mecânica (ou à energia cinética ou ao módulo da velocidade) com que a bola chega ao solo.
C) Como existe conservação de energia mecânica quando a bola está no ar, a altura máxima atingida pela bola após cada ressalto é sucessivamente menor.
A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.
Grupo VI
A Figura 2 (que não está à escala) representa uma calha inclinada, montada sobre uma mesa. Uma pequena esfera de aço é abandonada na posição A, percorrendo a distância sobre a calha até à posição B. Seguidamente, a esfera move-se sobre o tampo da mesa, entre as posições B e C, caindo depois para o solo.
Considere desprezável a força de resistência do ar, e admita que a esfera pode ser representada pelo seu centro de massa (modelo da partícula material).
- 11ºano – Física – Domínio 1 – subdomínio 2 (Interações e os seus efeitos)
1. Identifique as forças que atuam na esfera no percurso entre as posições B e C, indicando, para cada uma dessas forças, onde está aplicada a força que com ela constitui um par ação-reação.
Considere desprezáveis as forças dissipativas no percurso entre as posições B e C.
⇒ As forças que atuam sobre a esfera durante o percurso de B a C são a força gravítica (exercida pela Terra) e a força de reação normal exercida pela superfície de apoio, a mesa.
⇒ A força que constitui um par ação-reação com a força gravítica está aplicada no centro da Terra e a que constitui um par ação-reação com a força de reação normal está aplicada na mesa.
- A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:
A) Em cada ressalto, existe dissipação de energia mecânica (ou de energia cinética) na interação entre a bola e o solo.
B) Assim, a energia mecânica (ou a energia cinética ou o módulo da velocidade) com que a bola sai do solo é inferior à energia mecânica (ou à energia cinética ou ao módulo da velocidade) com que a bola chega ao solo.
C) Como existe conservação de energia mecânica quando a bola está no ar, a altura máxima atingida pela bola após cada ressalto é sucessivamente menor.
A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.
2. Considere que a altura do tampo da mesa em relação ao solo é regulável e que a montagem foi dimensionada de modo que o módulo da velocidade da esfera no ponto C seja 2,5 ms–1.
Determine a altura máxima a que o tampo da mesa se deverá encontrar em relação ao solo para que o alcance da esfera não seja superior a 1,0 m.
Recorra exclusivamente às equações y(t) e x(t), que traduzem o movimento da esfera, considerando o referencial bidimensional representado na Figura 2.
Apresente todas as etapas de resolução.
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- vC = 2,5 m s-1;
- g = 10 m s-2;
- y = 0 m;
- x = 1,0 m
- yC = ?
⇒ De acordo com o referencial representado na figura 2, as equações do movimento da esfera, desde que é lançada horizontalmente no ponto C até atingir o solo, são:
- x = vc t
- y = yC – ½ g t2
⇒ Para determinar yC, calcula-se o tempo de queda:
- 1,0 = 2,5 t ⇔ t = 0,40 s
⇒ Quando a esfera atinge o solo y = 0 m.
- 0 = yC – ½ x 10 x 0,402 ⇔ yC = 0,80 m
⇒ A altura a que o tampo da mesa deve estar do solo é de 0,80 m.
- A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:
A) Cálculo do tempo de queda da esfera, recorrendo à equação x(t) (t = 0,400 s).
B) Cálculo da altura máxima a que o tampo da mesa se deverá encontrar em relação ao solo, recorrendo à equação y(t) (h = 0,80 m).
A classificação da resposta a este item é feita em função do enquadramento da mesma num dos níveis de desempenho, de acordo com a tabela seguinte.
A classificação a atribuir à resposta resulta da pontuação decorrente do enquadramento num dos níveis de desempenho atrás descritos, à qual podem ser subtraídos pontos, de acordo com o enquadramento nos níveis de desempenho relacionados com o tipo de erros cometidos*.
* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro dos Critérios Gerais de Classificação.
3. Considere a trajetória da esfera no seu movimento de queda.
Em qual dos seguintes esquemas se encontram corretamente representadas as componentes da velocidade da esfera, vx e vy , nas posições assinaladas?
*O conteúdo deste item já não faz parte dos atuais referenciais programáticos da disciplina.
- Opção (B)
⇒ No instante em que a esfera abandona a mesa a sua velocidade apresenta apenas componente horizontal, vx, sendo eliminadas as opções (A) e (D).
⇒ Durante o movimento, o módulo da componente vertical da velocidade, vy, aumenta, enquanto a componente horizontal, vx, mantém-se constante, donde se conclui que a opção (B) é que satisfaz estas condições.
- Opção (B)…………. 8 pontos
Grupo VII
1. Com o objetivo de determinar o módulo do campo magnético produzido por um conjunto de ímanes, um grupo de alunos utilizou uma montagem semelhante à representada na Figura 3.
Os alunos começaram por colocar quatro pares de ímanes, igualmente espaçados, entre duas placas de ferro, estabelecendo-se, assim, entre elas, um campo magnético que se pode considerar uniforme.
Colocaram, em seguida, uma espira sobre uma placa (deslizante) que, em cada ensaio realizado, fizeram deslizar entre as duas placas de ferro com velocidade de módulo constante, desde a posição inicial, representada na Figura 3, até uma posição final na qual a placa deslizante ficava completamente introduzida no espaço entre as duas placas de ferro.
- 11ºano – Física – Domínio 2 – subdomínio 2 (Eletromagnetismo)
1.1. Os alunos mediram com um cronómetro, em três ensaios, o intervalo de tempo, ∆t, que a placa com a espira demorou a deslizar, com velocidade de igual módulo, entre as duas placas de ferro, desde a posição inicial até à posição final.
Os valores medidos encontram-se registados na tabela seguinte.
Exprima o resultado da medição do intervalo de tempo em função do valor mais provável e da incerteza absoluta.
- O valor mais provável do intervalo de tempo é:
⇒ Para determinar a incerteza absoluta, Ia, tem de se calcular o desvio de cada uma das medições, pois
- Δt1 ⇒ 6,10 = 6,12 – 6,10 = 0,02 s;
- Δt1 ⇒ 6,10 = 6,12 – 6,10 = 0,02 s;
- Δt1 ⇒ 6,10 = 6,06 – 6,10 = -0,04 s;
Ia = ± 0,04 s
⇒ O resultado da medição do intervalo de tempo é Δt = (6,10 ± 0,04) s.- Δt = 6,10 s ± 0,04 s OU Δt = 6,10 s ± 0,03 s —————————– 8 pontos
- 11ºano – Física – Domínio 2 – subdomínio 2 (Eletromagnetismo)
1.2. Seguidamente, utilizando uma espira com uma área de 60 cm2, os alunos realizaram cinco ensaios sucessivos, procedendo de modo que a placa com a espira deslizasse entre as duas placas de ferro com velocidade de módulo sucessivamente maior.
Mediram, em cada um dos ensaios, o intervalo de tempo, ∆t, que a placa com a espira demorou a deslizar entre as duas placas de ferro, desde a posição inicial até à posição final. Mediram também, com um microvoltímetro, a força eletromotriz induzida, Ɛi, na espira.
Na tabela seguinte, apresentam-se os valores do inverso dos intervalos de tempo medidos, 1/∆t , e do módulo da força eletromotriz induzida, |Ɛi |, na espira, em cada um daqueles ensaios.
Determine o módulo do campo magnético produzido pelo conjunto de ímanes, admitindo que o ângulo entre a direção do campo e a direção perpendicular à superfície delimitada pela espira é 0º.
Comece por obter o módulo da variação do fluxo magnético que atravessa a superfície delimitada pela espira, a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica).
Apresente todas as etapas de resolução.
- A = 60 cm2 = 60 x 10-4 m2;
- θ = 0º
- B = ?
⇒ Para determinar o módulo do campo magnético, B, recorre-se à expressão Φ = B A cos θ .
⇒ A expressão que relaciona o módulo da força eletromotriz com o módulo da variação do fluxo magnético
⇒ Nesta atividade os alunos variaram o intervalo de tempo para o mesmo módulo de fluxo magnético, então, este é constante e igual ao declive da reta que melhor se ajusta aos valores experimentais.
⇒ Antes de determinar a equação da reta, tem de se converter as unidades de |ε|de μV para V, multiplicando cada um dos valores por 10-6, por exemplo, 45 μV = 45 x 10-6 V.
⇒ Recorrendo à calculadora gráfica, a equação da reta que melhor se ajusta aos valores experimentais é:
- y = 3,02 x 10-4 x -3,01 x 10-6 ⇔ |ε|= 3,02 x 10-4 (1/Δt) – 3,01 x 10-6,
onde |ΔΦ| = 3,02 x 10-4 Wb
⇒ Finalmente determina-se B:
- Φ= B A cos θ ⇔ 3,02 x 10-4 = B x 60 x 10-4 x cos 0º ⇔ B = 5,0 x 10-2 T
⇒ O módulo do campo magnético produzido pelo conjunto de ímanes é 5,0 x 10-2 T.
- A resolução deve apresentar as seguintes etapas:
A) Cálculo do módulo da variação do fluxo magnético, a partir do declive da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (|ΔΦm| = 3,02 x 10–4 Wb).
B) Cálculo do módulo do campo magnético produzido pelo conjunto de ímanes (B = 5,0 x 10–2 T).
A resposta a este item deve ser enquadrada num dos níveis de desempenho relacionados com a consecução das etapas, de acordo com a tabela seguinte.
A classificação a atribuir à resposta resulta da pontuação decorrente do enquadramento num dos níveis de desempenho atrás descritos, à qual podem ser subtraídos pontos, de acordo com o enquadramento nos níveis de desempenho relacionados com o tipo de erros cometidos*.
* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro dos Critérios Gerais de Classificação.
- 11ºano – Física – Domínio 2 – subdomínio 2 (Eletromagnetismo)
2. A Figura 4 representa o esboço do gráfico do fluxo magnético, ɸm, em função do tempo, t, devido ao movimento relativo de uma espira metálica imersa num outro campo magnético uniforme.
Qual é o esboço do gráfico que pode representar o módulo da força eletromotriz induzida, |Ɛi | , na espira, em função do tempo, t ?
- Opção (C)
⇒ A expressão que traduz a relação entre |ε| e |ΔΦ| é |ε|= |ΔΦ|/Δt
⇒ Desta expressão conclui-se:
⇒ se Φ é constante, então, |ΔΦ|= 0 e consequentemente |ε| = 0;
⇒ se Φ é uma função linear de t (uma reta), então, |ΔΦ|/Δt é constante e, consequentemente,|ε| também constante (o declive da reta).
⇒ Assim, do exposto e da análise da figura 4, que traduz a variação de Φ com t, verifica-se que a única opção que pode traduzir a variação da força eletromotriz em função do tempo é a (C).
- Opção (C)…………. 8 pontos
FIM
