Questões Sobre Calorimetria - Física - concurso

As paredes isolantes de uma câmara frigorífica são compostas por uma camada de madeira de 3,0cm de espessura. Considere as temperaturas externa e interna da câmara, respectivamente, 20°C e 5°C, e a condutividade térmica da madeira 0,8W/m.K. A taxa de transferência de calor por unidade de área, no regime estacionário, através das paredes é:

• A)400 W/ m2
• B)600 W/ m2
• C)800 W/ m2
• D)1200 W/ m2
• E)1600 W/ m2

Vamos resolver essa questão aplicando a fórmula de Fourier, que descreve a transferência de calor por condução:

q = -k * (dT/dx)

Onde q é a taxa de transferência de calor, k é a condutividade térmica da madeira, dT é a variação de temperatura e dx é a espessura da camada de madeira.

No nosso caso, temos:

k = 0,8 W/m.K

dT = 20°C - 5°C = 15°C = 15 K

dx = 3,0 cm = 0,03 m

Substituindo os valores na fórmula, temos:

q = -0,8 W/m.K * (15 K / 0,03 m) = 400 W/m2

Portanto, a resposta correta é A) 400 W/m2.

Vale ressaltar que a taxa de transferência de calor pode ser influenciada por vários fatores, como a qualidade da madeira, a umidade do ar e a presença de outros materiais na câmara frigorífica. No entanto, para fins de cálculo, podemos considerar que a condutividade térmica da madeira seja constante.

Além disso, é importante notar que a transferência de calor pode ocorrer por outros mecanismos, como convecção e radiação, além da condução. No entanto, para o regime estacionário, a condução é o mecanismo mais relevante.

Em resumo, a taxa de transferência de calor por unidade de área, no regime estacionário, através das paredes da câmara frigorífica é de 400 W/m2, o que justifica a resposta A).

Em um sistema isolado, dois objetos, um de alumínio e outro de cobre, estão à mesma temperatura. Os dois são colocados simultaneamente sobre uma chapa quente e recebem a mesma quantidade de calor por segundo. Após certo tempo, verifica-se que a temperatura do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre, e ambos não mudaram de estado. Se o calor específico do alumínio e do cobre valem respectivamente 0,22 cal/g°C e 0,09 cal/g°C, pode-se afirmar que

• A) a capacidade térmica do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre.
• B) a capacidade térmica do objeto de alumínio é maior que a do objeto de cobre.
• C) a capacidade térmica do objeto de alumínio é menor que a do objeto de cobre.
• D) a massa do objeto de alumínio é igual à massa do objeto de cobre.
• E) a massa do objeto de alumínio é maior que a massa do objeto de cobre.

Para entender melhor o que está acontecendo, vamos analisar o que é a capacidade térmica. A capacidade térmica de um objeto é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um grau Celsius em um grama do material. Ou seja, é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um objeto em um grau Celsius, dividida pela massa do objeto.

Como os dois objetos recebem a mesma quantidade de calor por segundo e alcançam a mesma temperatura, podemos concluir que eles têm a mesma capacidade térmica. Isso porque, se a capacidade térmica do objeto de alumínio fosse maior que a do objeto de cobre, o objeto de alumínio absorveria mais calor e alcançaria uma temperatura maior que a do objeto de cobre. Da mesma forma, se a capacidade térmica do objeto de alumínio fosse menor que a do objeto de cobre, o objeto de alumínio alcançaria uma temperatura menor que a do objeto de cobre.

Além disso, como a temperatura dos dois objetos é a mesma, e eles não mudaram de estado, podemos concluir que a quantidade de calor absorvida por cada objeto é a mesma. Isso significa que a massa do objeto de alumínio não é igual à massa do objeto de cobre, pois, se fosse, a quantidade de calor absorvida por cada objeto seria diferente.

Portanto, a resposta certa é A) a capacidade térmica do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre.

O cálculo da capacidade térmica pode ser feito utilizando a fórmula:

C = Q / (m × ΔT)

Onde C é a capacidade térmica, Q é a quantidade de calor, m é a massa do objeto e ΔT é a variação de temperatura.

No caso dos objetos de alumínio e cobre, como a quantidade de calor é a mesma e a variação de temperatura também é a mesma, a capacidade térmica é igual para os dois objetos.

É importante notar que a capacidade térmica é uma propriedade do material, e não depende da massa do objeto. Portanto, mesmo que a massa do objeto de alumínio seja diferente da massa do objeto de cobre, a capacidade térmica é a mesma.

Em resumo, a capacidade térmica é uma propriedade importante dos materiais que nos permite entender como eles se comportam quando recebem calor. No caso dos objetos de alumínio e cobre, a capacidade térmica é a mesma, o que significa que eles absorvem a mesma quantidade de calor para alcançar a mesma temperatura.

Para medir o calor específico do anel de ouro, é necessário conhecer as temperaturas iniciais e finais do anel e da água, bem como a massa da água e o calor específico da água. Com essas grandezas, é possível aplicar a fórmula de calor trocado entre o anel e a água, que é dada por Q = mcΔT, onde Q é o calor trocado, m é a massa da água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Além disso, é importante garantir que o sistema esteja em equilíbrio térmico, ou seja, que a temperatura do anel e da água seja a mesma. No entanto, o tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico não é uma grandeza física necessária para realizar a medida do calor específico do anel.

Portanto, a alternativa correta é D) tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico. As outras alternativas são erradas porque o calor específico da água (A) é necessário para calcular o calor trocado, a massa da água (B) é necessária para calcular o calor trocado, as temperaturas iniciais da água e do anel (C) são necessárias para calcular a variação de temperatura e as temperaturas finais da água e do anel (E) são necessárias para calcular a variação de temperatura.

Em resumo, para medir o calor específico do anel de ouro, é necessário conhecer as temperaturas iniciais e finais do anel e da água, a massa da água e o calor específico da água. O tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico não é uma grandeza física necessária para realizar essa medida.

As questões 34, 35 e 36 referem-se a atitudes de uma dona de casa em sua cozinha, quando desenlvolvia suas tarefas cotidianas.

Por ter acabado o gás de cozinha, a dona de casa utilizou um aquecedor de 200W de potência para aquecer a água do café. Dispondo de 1 litro (1000 g) de água que se encontrava a 22°C, e supondo que apenas 80% dessa potência foi usada no aquecimento da água, qual a temperatura atingida pela água após um instante de 30 minutos? (Adote 1cal = 4,0 J e calor especifico da água c = 1 cal/g°C)

• A)60°C
• B)313°C
• C)30°C
• D)94°C
• E)72°C

Vamos resolver esse problema passo a passo! Primeiramente, vamos calcular a energia utilizada para aquecer a água. Como a potência do aquecedor é de 200W e apenas 80% dessa potência foi utilizada, temos:

P = 200W x 0,8 = 160W

Agora, vamos calcular a energia total utilizada em 30 minutos:

E = P x t = 160W x 30min x 60s/min = 28800J

Como a água se encontra a 22°C, vamos calcular a variação de temperatura:

ΔT = E / (m x c) = 28800J / (1000g x 1cal/g°C) = 72°C

Portanto, a temperatura atingida pela água após 30 minutos é de 94°C (22°C + 72°C).

O gabarito correto é D) 94°C.

Essa foi uma questão um pouco mais desafiadora, mas com paciência e atenção aos detalhes, conseguimos resolver!

Agora, vamos para a próxima questão...

...é CORRETO afirmar que Lorena está certa e Alexandre errado. Isso porque, quando se fornece a mesma quantidade de calor a dois corpos de mesma massa, mas com calores específicos diferentes, eles não alcançarão a mesma temperatura. Nesse caso, como o calor específico do alumínio (0,90 J / (g °C)) é maior que o do ferro (0,46 J / (g °C)), é necessário mais calor para aumentar a temperatura do alumínio em 1°C do que para aumentar a temperatura do ferro em 1°C.

Portanto, ao final do processo de aquecimento, o bloco de ferro estará a uma temperatura mais alta do que o bloco de alumínio. E, quando colocados em contato, o calor fluirá do bloco de ferro (mais quente) para o bloco de alumínio (menos quente), como Lorena afirmou.

Já Alexandre errou ao dizer que os blocos estarão à mesma temperatura ao final do processo de aquecimento. Se ele tivesse considerado as diferenças nos calores específicos dos materiais, teria concluído que o ferro se aqueceria mais rápido e alcançaria uma temperatura mais alta do que o alumínio.

Em resumo, a resposta certa é B) apenas o comentário de Lorena está certo.

Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo.

Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque

• A)a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo.
• B)a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão.
• C)o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno.
• D)o tabuleiro retém mais calor que o bolo.

Essa pergunta pode parecer simples à primeira vista, mas é importante entender o que está acontecendo nessa situação. Quando Zulmira toca o tabuleiro, ela sente um choque térmico, o que a faz queimar a mão. Já quando toca o bolo, não sente o mesmo choque térmico, mesmo que o bolo esteja quente. Isso ocorre porque a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão.

Isso se deve ao fato de que o tabuleiro é um material condutor de calor, enquanto o bolo é um isolante térmico. Quando o tabuleiro é retirado do forno, ele ainda está muito quente e é capaz de transferir rapidamente o calor para a mão de Zulmira. Já o bolo, por ser um isolante térmico, não é capaz de transferir o calor tão rapidamente, o que explica por que Zulmira não sente o mesmo choque térmico.

Portanto, a resposta certa é B) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão. É importante lembrar que a capacidade térmica de um material não é o único fator que influencia na transferência de calor. Outros fatores, como a condutividade térmica e a área de contato, também desempenham um papel importante.

Além disso, é importante notar que o bolo e o tabuleiro estão em contato com o ar ambiente após serem retirados do forno. Isso significa que ambos começam a perder calor para o ambiente. No entanto, como o tabuleiro é um material condutor de calor, ele perde calor mais rapidamente que o bolo, o que não é o suficiente para explicar a diferença observada por Zulmira.

Em resumo, a resposta certa é B) porque a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão, devido às propriedades térmicas dos materiais envolvidos.

Considere estas informações:

• a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida;

• aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui.

Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações.

• A) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que aumenta com a pressão.
• B) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que não é afetada pela pressão.
• C) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que diminui com a pressão apenas em temperaturas muito baixas.
• D) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que diminui com a pressão em todas as temperaturas.
• E) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que aumenta com a pressão em temperaturas muito baixas e diminui em temperaturas mais altas.

Para responder a essa pergunta, vamos analisar as informações fornecidas. A primeira informação nos diz que a água está sempre na fase sólida em temperaturas muito baixas. Isso significa que, em baixas temperaturas, a água está no estado sólido, independentemente da pressão aplicada.

A segunda informação nos diz que, aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Isso significa que, se aumentarmos a pressão, a temperatura em que a água passa do estado sólido para o líquido diminui.

Com essas informações em mente, vamos analisar as opções. A opção A) está errada, pois a curva de fusão não aumenta com a pressão. A opção B) também está errada, pois a curva de fusão é afetada pela pressão. A opção C) está errada, pois a curva de fusão diminui com a pressão em todas as temperaturas, e não apenas em temperaturas muito baixas.

A opção E) também está errada, pois não há mudança de comportamento na curva de fusão em diferentes temperaturas. Portanto, a resposta certa é a opção D) O diagrama de fases apresenta uma curva de fusão que diminui com a pressão em todas as temperaturas.

O calor e suas formas de propagação se manifestam em diversas situações tanto na Natureza quanto nas atividades humanas. Assim, fenômenos aparentemente muito diferentes são semelhantes, quando analisados mais detidamente. Veja-se, por exemplo: A energia do Sol que aquece nosso Planeta e a energia emitida pelo magnetron do forno de microondas, que aquece os alimentos colocados em seu interior, são fenômenos que envolvem propagação de calor. Pode-se afirmar que as formas de propagação de energia entre o Sol e a Terra e entre o magnetron e os alimentos são, respectivamente

• A)convecção e condução.
• B)convecção e convecção.
• C)condução e radiação.
• D)radiação e radiação.

Essa similaridade entre fenômenos naturais e artificiais é fascinante, pois nos permite entender melhor como a energia se propaga em diferentes contextos. No caso do Sol e da Terra, a energia é transmitida através da radiação, que é uma forma de propagação de calor que não requer um meio material para se propagar. Já no caso do magnetron e dos alimentos, a energia também é transmitida através da radiação, mas de uma forma mais controlada e direcionada.

Além disso, é interessante notar que a propagação de calor pode ocorrer de diferentes maneiras, dependendo do contexto. Por exemplo, no caso de um fogão a gás, a propagação de calor ocorre principalmente através da convecção, que é a transferência de calor através do movimento de fluidos. Já no caso de um forno de microondas, a propagação de calor ocorre principalmente através da radiação, como mencionado anteriormente.

Essas diferenças na forma de propagação de calor são fundamentais para entender como os diferentes processos naturais e artificiais funcionam. E é justamente essa compreensão que nos permite desenvolver tecnologias mais eficientes e inovadoras, que aproveitam as propriedades da propagação de calor para realizar tarefas específicas.

Portanto, é importante continuar estudando e analisando como a propagação de calor ocorre em diferentes contextos, pois isso pode nos levar a descobertas importantes e inovações que podem mudar a forma como vivemos e trabalhamos.

Muito utilizado na indústria de conservas, designa-se o valor Fo, quando F refere-se a:

• A) 101 °C
• B) 111 °C
• C) 121 °C
• D) 131 °C
• E) 141 °C

O gabarito correto é C). Isso ocorre porque o valor Fo é uma medida de tempo de esterilização, que é uma prática comum na indústria de conservas para garantir a segurança dos alimentos. Essa técnica envolve o uso de temperaturas elevadas para matar microrganismos e esterilizar o produto.

Quando falamos em F, estamos nos referindo ao tempo de esterilização em minutos, necessário para reduzir a população de microrganismos em um produto em uma temperatura específica. No caso do valor Fo, essa temperatura é de 121 °C.

A escolha da temperatura certa é fundamental para garantir a segurança dos alimentos. Se a temperatura for muito baixa, os microrganismos não serão eliminados corretamente, o que pode levar a contaminações e problemas de saúde. Por outro lado, se a temperatura for muito alta, pode afetar a qualidade do produto, tornando-o menos palatável ou até mesmo inutilizável.

Além disso, é importante lembrar que a esterilização é apenas um passo do processo de conservação de alimentos. É necessário também garantir que os produtos sejam armazenados em condições adequadas, como temperatura e umidade controladas, para evitar a reincidência de microrganismos.

Em resumo, o valor Fo é uma medida importante na indústria de conservas, pois garante a segurança dos alimentos e evita a contaminação. A escolha da temperatura certa é fundamental para esse processo, e 121 °C é a temperatura ideal para garantir a esterilização eficaz.

A mais baixa temperatura de crescimento de um micro-organismo conhecida atualmente é de:

• A)- 32 °C
• B)- 33 °C
• C)- 34 °C
• D)- 35 °C
• E)- 36 °C

Essa é uma questão interessante, pois os micro-organismos são capazes de sobreviver em condições muito extremas. Alguns podem crescer em temperaturas muito altas, enquanto outros podem se desenvolver em temperaturas muito baixas.

Por exemplo, existem micro-organismos que vivem nos géysers quentes de Yellowstone, nos EUA, onde a temperatura pode chegar a 90 °C. Já em outros lugares, como nos oceanos profundos, os micro-organismos podem se desenvolver em temperaturas próximas de 0 °C.

No entanto, é importante notar que a maioria dos micro-organismos cresce melhor em temperaturas mais próximas da temperatura ambiente, que é de cerca de 20 °C. Isso porque a maioria dos processos bioquímicos que ocorrem dentro das células dos micro-organismos funciona melhor dentro de uma faixa de temperatura relativamente estreita.

Além disso, é importante lembrar que a temperatura não é o único fator que afeta o crescimento dos micro-organismos. Outros fatores, como a disponibilidade de nutrientes, a umidade e a presença de substâncias químicas, também podem influenciar no crescimento dos micro-organismos.

Portanto, embora a temperatura seja um fator importante para o crescimento dos micro-organismos, é apenas um dos muitos fatores que devem ser considerados ao estudar esses organismos fascinantes.

O gabarito correto é C) 34 °C. Isso significa que, atualmente, o micro-organismo que cresce a uma temperatura mais baixa é capaz de se desenvolver a 34 °C.