• Incerteza relativa = 1,1% ⇔ Incerteza absoluta = (1,1%) x 81,1 ºC = 0,89 ºC

⇒ Intervalo de valores no qual estar  contido o valor experimental, com certa probabilidade:

• (81,1 – 0,89) ºC = 80,2 ºC e (81,1 + 0,89) ºC = 82,0 ºC, ou seja, [80,2 ºC; 82,0 ºC].

• A resolução deve apresentar as seguintes etapas:

A) Cálculo da incerteza absoluta associada à medida da temperatura de fusão do naftaleno ( ± 0,9 ºC).

B) Determinação do intervalo de valores no qual estará contido o valor experimental da temperatura de fusão do naftaleno ([80,2 ; 82,0]  ºC).

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.

Nota – A resposta deve ser classificada tendo em conta as dimensões que a figura apresenta após impressão.

• Opção (B)

⇒ O valor médio das temperaturas lidas pelo grupo 1 aproxima-se mais do valor real (maior exatidão), embora os desvios das medições sejam mais afastados do valor médio (menor precisão)

• Opção (B)…………. 8 pontos

• Opção (A)

⇒ O gráfico representado pela letra (A) representa o aumento da temperatura durante o aquecimento da amostra desde a temperatura ambiente até à temperatura de fusão (80 ºC) seguido da constância de temperatura durante a fusão.

• Opção (A)…………. 8 pontos

• P_elét. = 200 W;
• m = 500 g = 0,500 kg;
• Δθ = 27 ºC
• η = 70% = 0,70;
• c = 4,18 x 10³ J kg^-1 ºC^-1
• Δt = ?

⇒ A potência útil, P_útil, utilizada no aquecimento é obtida a partir do rendimento, pois:

⇒ A energia útil, energia utilizada no aquecimento da amostra de água, durante o intervalo de tempo Δt, é:

• E_útil = P_útil Δt, que também é dada pela relação E_útil = m c Δθ concluindo-se que:

• P_útil Δt = m c Δθ ⇔ 140 x Δt = 0,500 x 4,18 x 10³ x 27 ⇔ Δt = 4,0 x 10² s

⇒ O intervalo de tempo necessário ao aquecimento da amostra de água é de 4,0 x 10² s.

• A resolução deve apresentar as seguintes etapas:

A) Cálculo da energia necessária ao aquecimento da amostra de água (E = 5,64 x 10⁴ J).

B) Cálculo da energia fornecida pela resistência de aquecimento (E = 8,06 x 10⁴ J).

C) Cálculo do intervalo de tempo que foi necessário para o aquecimento da amostra de  água (Δt = 4,0 x 10² s).

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.

⇒ O principal processo de transferência de energia como calor responsável pelo aquecimento de toda a água (um fluido) contida na cafeteira é o processo de convecção.

⇒ A água que está em contacto com a base da cafeteira ao aquecer fica menos densa e sobe, dando origem a uma corrente ascendente, quente, que, durante a subida, irá ceder energia à água que se encontra a temperatura inferior.

Assim, durante a subida arrefece, fica mais densa, e pela ação da gravidade desce, dando origem a uma corrente descendente fria.

⇒ Essas correntes de convecção, ascendentes quentes e descendentes frias, que se repetem ciclicamente e em simultâneo, são as responsáveis pelo aquecimento de toda a  água contida na cafeteira.

• A resposta deve apresentar as seguintes tópicos:

A) O principal processo de transferência de energia, como calor, que permite o aquecimento de toda a água contida na cafeteira é a convecção.

B) A água que se encontra mais abaixo na cafeteira aquece, tornando-se menos densa, o que dá origem a uma corrente quente ascendente. Esta água, ao subir, arrefece, tornando-se mais densa, o que dá  origem a uma corrente fria descendente.

C) As correntes quentes ascendentes e as correntes frias descendentes, repetindo-se, em simultâneo, ao longo do tempo, permitem o aquecimento de toda a água contida na cafeteira.

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.

* Descritores e desvalorizações apresentados no primeiro quadro da dos Critérios Gerais de Classificação.

• Opção (A)

⇒ c_azeite = 0,5 c_água;

⇒ E_azeite = E_água;

⇒ m_azeite = 200 g;

⇒ m_água = 100 g

Como E_azeite = E_água, então:

m_azeite c_azeite ΔT_azeite = m_água c_água ΔT_água  ⇔

⇒ 200 x 0,5 c_água ΔT_azeite = 100 x c_água ΔT_água ⇔

⇔ 100 x c_água ΔT_azeite = 100 x c_água ΔT_água  ⇔

⇔ ΔT_azeite = ΔT_água

• A variação de temperatura de ambas as amostras é a mesma.

• Opção (A)…………. 8 pontos

• 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

• Opção (B)

⇒ O esquema que pode representar o circuito montado é o representado em (B), uma vez que (para medir a intensidade da corrente que percorre o circuito) o amperímetro terá de ser ligado em série enquanto (para medir a diferença de potencial entre os terminais da resistência de aquecimento) o voltímetro terá de ser ligado em paralelo.

• Opção (B)…………. 5 pontos

⇒ A diferença de potencial ou a intensidade da corrente elétrica.

⇒ Para calcularem a potência dissipada pela resistência de aquecimento, os alunos tiveram de recorrer à lei de Joule, P = I U, pelo que tiveram de medir a diferença de potencial, U, entre os terminais da resistência e a intensidade da corrente elétrica, I, que percorre o circuito.

• Diferença de potencial ou Tensão ou Intensidade de corrente …………. 8 pontos

• P = 1,58 W;
• m = 1,00 kg

⇒ Para determinar o valor da capacidade térmica mássica recorre-se à expressão:

• E = m c ΔT

sendo E a energia fornecida pela resistência de aquecimento ao bloco de cobre durante um dado intervalo de tempo, Δt, e ΔT a variação de temperatura experimentada durante este intervalo de tempo.

⇒ Como E = P Δt, pode escrever-se:

• P Δt = m c ΔT

⇒ Os valores de Δt e de ΔT obtém-se recorrendo ao gráfico da temperatura em função do tempo.

⇒ O intervalo de tempo a considerar terá obrigatoriamente que corresponder à variação linear do gráfico (a partir de t = 30 s).

Assim, por exemplo, tem-se para Δt = 140 – 40 = 100 s, Δθ = 17,90 – 17,52 = 0,38 ºC.

• Δθ = ΔT ⇒ ΔT = 0,38 K

Substituindo em (1)

⇒ A capacidade térmica mássica do cobre à igual a 4,16 x 10² J kg^-1 ºC^-1.

• A resolução deve apresentar as seguintes etapas:

A) Determinação de uma variação de temperatura do bloco de cobre coerente com o intervalo de tempo considerado (Δθ = 0,38 ºC para Δt = 100 s).

B) Cálculo da capacidade térmica mássica do cobre (c = 4,16 x 10² J kg^–1 ºC^–1).

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.

⇒ A capacidade térmica mássica de uma substância é, para a mesma energia e massa, inversamente proporcional à variação de temperatura ocorrida.

⇒ Num mesmo intervalo de tempo é fornecida a mesma energia aos blocos de cobre e ao alumínio. Ora, para um determinado intervalo de tempo, ou seja para a mesma energia, a variação de temperatura do alumínio é menor.

⇒ Logo o alumínio tem maior capacidade térmica mássica.

• A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:

A) Num mesmo intervalo de tempo, a variação da temperatura do bloco de cobre é superior à variação da temperatura do bloco de alumínio.

B) Conclui-se, assim, que o alumínio terá maior capacidade térmica mássica [do que o cobre].

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.

• watt [ou joule por segundo]

⇒ A taxa temporal de emissão de energia corresponde à energia emitida por unidade de tempo que, em termos das unidades SI, deverá ser expressa em joule por segundo, isto é, em watt.

•  Watt …………. 5 pontos

⇒ O principal processo de transferência de energia para a água é o trabalho.

⇒ Ao inverter a garrafa, a água desloca-se pela ação da força gravítica, cujo trabalho realizado sobre a massa de água é responsável pelo aumento da temperatura desta.

• Trabalho …………. 5 pontos

• ΔT = 0,50 ºC
• Garrafa invertida cerca de 30 vezes por minuto
• C_água = 4,18 × 10³ J kg^-1 ºC^-1

⇒  Intervalo de tempo (para aumentar 0,50 ºC), Δt?

1.º Calcular a energia ganha pelas 100 g de água devido ao aumento de 0,50ºC.

• 𝑬 = 𝒎 𝒄 Δ𝑻 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟎 × 𝟒, 𝟏𝟖 × 𝟏𝟎^𝟑 × 𝟎, 𝟓𝟎 ⟺  𝑬 = 𝟐𝟎𝟗 𝑱

A energia necessária para aumentar 0,50 ºC é de 209 J.

2.º Calcular a energia transferida para a água em cada inversão da garrafa térmica.

⇒ Energia Potencial Gravítica é a energia armazenada num corpo ou sistema com consequência da pode ser transformada noutros tipos de energia (como a energia sob a forma de calor).

• 𝑬_𝑷 = 𝒎 𝒈 𝒉 = 𝟎, 𝟏𝟎𝟎 × 𝟏𝟎 × 𝟎, 𝟒𝟎 ⟺  𝑬_𝑷 = 𝟎, 𝟒𝟎𝟎 𝑱

⇒ Numa inversão da garrafa a energia transferida para a água é de 0,400 J.

3.º Calcular o número de inversões da garrafa para que a temperatura da água aumente 0,50 ºC.

1 inversão _____ 0,400 J

x inversões ______ 209 J

• 𝒙 = 𝟐𝟎𝟗/𝟎,𝟒𝟎𝟎 = 𝟓𝟐𝟐,𝟓 𝒗𝒆𝒛𝒆𝒔 𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔ã𝒐

4.º Calcular o intervalo de tempo (Δt) necessário, para que a temperatura da água aumente 0,50 ºC.

30 inversões ____ 1 minuto

522,5 inversões ______ Δt

• Δ𝒕 = 𝟓𝟐𝟐,𝟓 × 𝟏𝟑𝟎 = 𝟏𝟕,𝟒 = 𝟏𝟕 𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒐𝒔

• A resolução deve apresentar as seguintes etapas:

A) Cálculo da massa energia que é necessário fornecer a 100 g de água para que a sua temperatura aumente 0,50 ºC (E = 2,09 x 10² J).

B) Cálculo da energia transferida para a água em cada inversão da garrafa térmica (E = 0,400 J).

C) Cálculo do intervalo de tempo necessário para que a temperatura da água aumente 0,50 ºC (Δt = 17 min).

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.

• A lata S é a lata que terá uma superfície mais refletora.

⇒ A água contida na lata S sofre uma variação de temperatura menor às variações de temperatura registadas para a água contida mas latas Q e R, o que significa que terá absorvido menor energia no mesmo intervalo de tempo.

• A resposta deve apresentar os seguintes tópicos:

A) A água contida na lata S sofre uma variação de temperatura inferior às variações de temperatura registadas para a água contida nas outras duas latas, o que significa que terá absorvido menos energia, num mesmo intervalo de tempo.

B) Conclui-se, assim, que das três latas, a lata S é a que terá uma superfície mais refletora.

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.

• Opção (C)

⇒  Em equilíbrio térmico, a temperatura do corpo é constante, logo, as taxas de absorção e de emissão de radiação são iguais. Isto é, a energia emitida é igual a absorvida.

• Opção (C)…………. 5 pontos

• Opção (B)

E = m c ΔT

A variação de temperatura (ΔT) é igual para todas as amostras.

⇒  A energia cedida (E) é diretamente proporcional à massa da amostra (m) e à capacidade térmica mássica (c) do líquido. Conclui-se, que quanto maior for a massa e a capacidade térmica mássica, maior é a energia cedida.

• Opção (B)…………. 5 pontos

• Opção (C)

⇒ As micro-ondas usadas nas comunicações propagam-se praticamente em linha reta, pelo que as antenas transmissora e recetora têm de estar colocadas à vista uma da outra.

• Opção (C)…………. 5 pontos

• Opção (B)

⇒ Ondas eletromagnéticas não necessitam de um suporte material para se propagarem.

⇒ Propagam-se no vazio (vácuo) e são ondas transversais (as partículas do meio oscilam perpendicularmente à direção em que se move a onda.

• Opção (B)…………. 5 pontos

• Opção (B)

⇒ Como não há trocas de matéria nem de energia, o sistema é isolado.

⇒ A energia interna de um sistema isolado não varia dado que o sistema não cede nem recebe energia.

• Opção (B) …………. 5 pontos

⇒ Radiação

• Radiação …………. 5 pontos

• Opção (C)

⇒ No equilíbrio térmico a temperatura do sistema lata + refrigerante permanece constante, logo também a energia interna.

⇒ Para que a energia interna não varie, as energias emitida e absorvida, como radiação, por unidade de tempo, devem ser iguais.

• Opção (C)…………. 5 pontos

• Cálculo da energia incidente na lata no intervalo de tempo considerado:

⇒ A = 1,4 x 10² cm² = 1,4 x 10^-2 m²

⇒ Δt = 90 min = 90 x 60 s = 5,4 x 10³ s

⇒ E _incidente = P Δt = I A Δt = 6,0 x 10² x 1,4 x 10^-2 x 5,4 x 10³ = 4,54 x 10⁴ J

• Cálculo da variação de energia interna do refrigerante no mesmo intervalo de tempo:

⇒ ΔU = E _absorvida = m c Δt = 0,34 x 4,2 x 10³ x 16,5 = 2,36 x 10⁴ J

• Cálculo da percentagem da energia incidente na lata que contribui para o aumento da energia interna do refrigerante:

• Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução:

A) Cálculo do aumento da energia interna do refrigerante, no intervalo de tempo considerado (ΔU = 2,36 × 10⁴ J).

B) Cálculo da energia incidente na área da superfície da lata exposta à luz solar, no intervalo de tempo considerado (E = 4,54 × 10⁴ J).

C) Cálculo da percentagem da energia incidente na área da superfície da lata exposta à luz solar que terá contribuído para o aumento da energia interna do refrigerante, no intervalo de tempo considerado (52%).

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

⇒ Para o mesmo material, a mesma área de superfície e a mesma espessura das paredes, a taxa de transferência de energia como calor é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre a água e o ambiente.

⇒ À medida que o tempo passa, a água vai arrefecendo, diminui a diferença de temperatura entre a água e o ambiente e, em consequência, diminui também a taxa temporal de transferência de energia, como calor, através das paredes da cafeteira.

• Na resposta, são apresentados os seguintes tópicos:

A) A taxa temporal de transferência de energia como calor, através das paredes da cafeteira, é tanto maior quanto maior for a diferença entre a temperatura a que se encontra a água e a temperatura ambiente.

ou

• A taxa temporal de transferência de energia como calor, através das paredes da cafeteira, é tanto menor quanto menor for a diferença entre a temperatura a que se encontra a água e a temperatura ambiente.

B) À medida que a temperatura a que se encontra a água diminui, essa diferença [de temperatura] diminui, pelo que a taxa temporal de transferência de energia como calor, através das paredes da cafeteira, diminui [desde o instante em que se abandonou a cafeteira sobre a bancada até ao instante em que a água ficou à temperatura ambiente].

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.

• Opção (A)

⇒  Para que a intensidade média da radiação solar seja 1,3 x 10³ W m^-2 é necessário que o painel seja perpendicular à direção da radiação incidente.

⇒  Estando com essa orientação, a área do painel pode ser qualquer dado que para a mesma distância ao Sol a intensidade da radiação incidente no painel é constante.

⇒  A potência média da radiação e a área do painel são, no mesmo local e para a mesma orientação, diretamente proporcionais:

• Opção (A) …………. 5 pontos

• Energia incidente no conjunto de painéis em um dia:

• Energia elétrica média produzida pelo conjunto de painéis:

• Na resposta, são apresentadas as seguintes etapas de resolução:

A) Cálculo da potência elétrica média produzida pelo conjunto de painéis fotovoltaicos (P = 3,12 × 10³ W).

ou

Cálculo da energia elétrica média que seria produzida pelo conjunto de painéis fotovoltaicos, durante um dia, se o rendimento desse conjunto fosse 100% (E = 1,35 × 10⁹ J ou E = 374 kWh).

B) Cálculo da energia elétrica média, em quilowatt-hora, produzida pelo conjunto de painéis fotovoltaicos durante um dia (E = 75 kW h).

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