Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1021) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.
A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi
- A) igual no aquecimento e igual no resfriamento.
- B) maior no aquecimento e igual no resfriamento.
- C) menor no aquecimento e igual no resfriamento.
- D) maior no aquecimento e menor no resfriamento.
- E) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
A alternativa correta é letra E) maior no aquecimento e maior no resfriamento.
Para resolver essa questão, precisamos lembrar como ocorre a absorção de calor em relação às cores dos objetos. Os objetos de cor branca costumam refletir mais luz absorver menos. Já os objetos de cor preta absorvem mais a luz e a refletem menos. Por isso, a taxa de variação da temperatura da garrafa preta é maior no aquecimento, pois a garrafa preta absorve mais calor proveniente da lâmpada.
Além disso, assim como um objeto mais escuro absorve mais radiação, ele também emite mais radiação do que um objeto mais claro. Dessa forma, a taxa de resfriamento também é maior no resfriamento.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
1022) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70 °C. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30 °C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25 °C.
Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal?
- A) 0,111.
- B) 0,125.
- C) 0,357.
- D) 0,428.
- E) 0,833.
A alternativa correta é letra B) 0,125.
Seja m_q a massa de água quente e m_a a massa de água à temperatura ambiente. Devido à mistura, o calor cedido pela água quente é igual ao calor recebido pela água à temperatura ambiente. Assim, a soma das quantidades de calor é nula, ou seja:
Q_{quente} + Q_{ambiente} = 0
Logo,
Q_{quente} = - Q_{ambiente}
m_{q} cancel c Delta theta_{quente}= - m_{a} cancel c Delta theta_{ambiente}
dfrac {m_{q}}{m_{a}} = - dfrac {Delta theta_{ambiente}} { Delta theta_{quente}}
Sabendo que a temperatura ideal é de 30°C, a água aquecida está a 70°C e a temperatura ambiente é de 25°C, temos:
dfrac {m_{q}}{m_{a}} = - dfrac {(30-25)} { (30-70)}
dfrac {m_{q}}{m_{a}} = - dfrac {5} { (-40)}
dfrac {m_{q}}{m_{a}} = dfrac {5} { 40}
dfrac {m_{q}}{m_{a}} = 0,125
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
1023) Todo processo de transformação de energia dá-se a partir de uma maneira mais nobre para uma menos nobre, ou de menor qualidade. Quanto mais trabalho se conseguir realizar com a mesma quantidade de energia, mais nobre será esse tipo de energia. Em qualquer transformação de energia, uma parte é degradada. Essa afirmativa está de acordo com a
- A) primeira lei da termodinâmica.
- B) segunda lei da termodinâmica.
- C) lei da conservação da massa.
- D) terceira lei da termodinâmica.
A alternativa correta é letra B) segunda lei da termodinâmica.
a) ERRADO. Também conhecido como princípio de Joule ou princípio da conservação da energia, este postulado estabelece que as diferentes formas de trabalho podem ser convertidas umas nas outras, elucidando que a energia total transferida para um sistema é igual à variação de sua energia interna, ou seja, em todo processo natural, a energia do universo se conserva sendo que a energia do sistema quando isolado é constante. A Primeira Lei da Termodinâmica é expressa pela fórmula: Q = τ + ΔU
b) CERTO. A segunda lei da termodinâmica introduz o conceito de entropia - a medida de desordem ou dispersão da energia em um sistema -, estabelecendo que em qualquer processo de conversão de energia, a entropia total de um sistema isolado sempre aumenta, enquanto nem toda energia pode ser convertida em trabalho útil. Isso implica que a energia tende a se transformar em formas menos organizadas e menos capazes de realizar trabalho útil. Assim, temos energia consideradas nobres (altamente concentradas e organizadas) e energias menos nobres (dispersas e desorganizadas) - o fluxo dessa energia ocorre do primeiro, para o segundo.
c) ERRADO. A lei da conservação da massa estabelece que a massa total em um sistema fechado permanece constante durante qualquer processo físico ou químico.
d) ERRADO. A terceira lei da termodinâmica afirma que a entropia de um sistema no zero absoluto é uma constante bem definida. Isto é porque o sistema à temperatura de zero existe no seu estado fundamental, para que a entropia é determinada apenas pela degenerescência do estado fundamental.
Gabarito: Letra B
1024)
Disponível em: http://casadosnoopy.blogspot.com. Acesso em: 14 jun. 2011.
Quais são os processos de propagação de calor relacionados à fala de cada personagem?
- A) Convecção e condução.
- B) Convecção e irradiação.
- C) Condução e convecção.
- D) Irradiação e convecção.
- E) Irradiação e condução.
A alternativa correta é letra E) Irradiação e condução.
Gabarito: Letra E
São processos de propagação de calor:
- Condução: por meio de agitação molecular (não há propagação no vácuo).
- Convecção: por meio do deslocamento de fluidos (gases, líquidos e vapores).
- Irradiação: por meio de ondas eletromagnéticas (propagação no vácuo).
Portanto, analisando a tirinha, nota-se que os processos citados estão relacionados aos raios solares (irradiação) e ao calor metabólico nas mãos do personagem ao utilizar luvas (condução).
1025) É comum nos referirmos a dias quentes como dias “de calor”. Muitas vezes ouvimos expressões como “hoje está calor” ou “hoje o calor está muito forte” quando a temperatura ambiente está alta.
No contexto científico, é correto o significado de “calor” usado nessas expressões?
- A) Sim, pois o calor de um corpo depende de sua temperatura.
- B) Sim, pois calor é sinônimo de alta temperatura.
- C) Não, pois calor é energia térmica em trânsito.
- D) Não, pois calor é a quantidade de energia térmica contida em um corpo.
- E) Não, pois o calor é diretamente proporcional à temperatura, mas são conceitos diferentes.
A alternativa correta é letra C) Não, pois calor é energia térmica em trânsito.
Gabarito: C
Enunciado:
É comum nos referirmos a dias quentes como dias “de calor”. Muitas vezes ouvimos expressões como “hoje está calor” ou “hoje o calor está muito forte” quando a temperatura ambiente está alta.
No contexto científico, é correto o significado de “calor” usado nessas expressões?
Resolução:
Na termodinâmica, o calor é definido como a transferência de energia térmica de um sistema para o ambiente, ou de um ambiente para o sistema, devido a uma diferença de temperatura.
Dessa forma, quando ouvimos expressões como "hoje está calor", significa que há bastante energia térmica em trânsito do ambiente para o corpo, pois a temperatura ambiente está mais alta. Quando ouvimos que "hoje está frio", o sentido da transferência é o contrário: a energia térmica flui do corpo para o ambiente.
Assim, podemos dizer que expressão é incorreta, já que o calor não é uma propriedade do corpo, como a temperatura. Assim, podemos utilizar a expressão "hoje está quente".
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
1026) Um objeto homogêneo de 1000 gramas absorve uma certa quantidade de calor de acordo com o gráfico temperatura (T) em função da quantidade de calor (Q). O calor específico, em cal/g°C, desse objeto é de
- A) 0,04
- B) 25
- C) 20
- D) 1
A resposta correta é a letra A) 0,04.
Para entender por quê, vamos analisar o gráfico fornecido. O gráfico mostra a relação entre a temperatura (T) e a quantidade de calor (Q) absorvida pelo objeto homogêneo de 1000 gramas.
Observamos que a curva é uma linha reta que passa pela origem (0, 0). Isso significa que a temperatura do objeto aumenta linearmente com a quantidade de calor absorvida.
A partir disso, podemos concluir que o calor específico do objeto é constante. O calor específico é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 grau Celsius em 1 grama de uma substância.
Como a curva é uma linha reta, podemos calcular o calor específico pela inclinação da curva. A inclinação da curva é a variação da temperatura (dT) pela variação da quantidade de calor (dQ), ou seja, dT/dQ.
Como a curva passa pela origem, a inclinação é igual à razão entre a temperatura final e a quantidade de calor absorvida. Portanto, podemos calcular o calor específico como:
$$c = frac{dT}{dQ} = frac{Delta T}{Delta Q}$$
Substituindo os valores do gráfico, temos:
$$c = frac{dT}{dQ} = frac{100^{circ}C}{2500 cal} = 0,04 frac{cal}{g^{circ}C}$$
Portanto, o calor específico do objeto é de 0,04 cal/g°C, que é a alternativa correta A) 0,04.
1027) Assinale a alternativa que indica corretamente uma situação possível, de acordo com a Termodinâmica.
- A) Máquina de Carnot com rendimento de 100%.
- B) Fonte fria de uma máquina térmica a zero kelvin.
- C) Troca de calor entre objetos com temperaturas iguais.
- D) Máquina de Carnot com rendimento menor que 100%.
A alternativa correta é a letra D) Máquina de Carnot com rendimento menor que 100%.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar as outras opções.
A opção A) Máquina de Carnot com rendimento de 100% é impossível, pois a Termodinâmica estabelece que a eficiência de uma máquina térmica não pode ser de 100%. Isso ocorre porque parte da energia sempre é perdida como calor durante o processo de conversão.
Já a opção B) Fonte fria de uma máquina térmica a zero kelvin também é impossível. Isso porque o zero kelvin é a temperatura mais baixa possível, conhecida como zero absoluto, e não é possível alcançá-la em uma fonte fria.
A opção C) Troca de calor entre objetos com temperaturas iguais também não é uma situação possível, pois a troca de calor sempre ocorre de um corpo mais quente para um corpo mais frio.
Portanto, a única opção que indica uma situação possível é a opção D) Máquina de Carnot com rendimento menor que 100%. Essa é uma característica fundamental das máquinas térmicas, que sempre têm uma eficiência menor que 100% devido às perdas de calor durante o processo de conversão.
1028) Das alternativas abaixo, assinale a qual apresenta o meio de propagação no qual ambos, a luz visível e o calor, podem se propagar.
- A) radiação.
- B) condução.
- C) convecção.
- D) eletrização.
A alternativa correta é A) radiação.
Essa é a resposta certa porque a radiação é o meio de propagação pelo qual tanto a luz visível quanto o calor podem se propagar. Isso ocorre porque a radiação é uma forma de transferência de energia que não necessita de um meio material para se propagar, como é o caso da luz visível e do calor.
No caso da luz visível, ela se propaga através da radiação eletromagnética, que é uma forma de onda que pode se propagar no vácuo. Já o calor se propaga através da radiação infravermelha, que é uma forma de onda que também pode se propagar no vácuo.
Já as outras alternativas não são corretas porque:
- B) condução é o meio de propagação do calor em sólidos, mas não é o meio de propagação da luz visível.
- C) convecção é o meio de propagação do calor em fluidos, mas também não é o meio de propagação da luz visível.
- D) eletrização não é um meio de propagação do calor ou da luz visível.
Portanto, a alternativa A) radiação é a resposta certa porque é o único meio de propagação que permite a propagação tanto da luz visível quanto do calor.
1029) Considere dois corpos de mesmo material que ao absorverem a mesma quantidade de calor apresentam diferentes variações de temperatura. Esse fato pode ser explicado, corretamente, pelo conceito de
- A) calor latente.
- B) ponto de fusão.
- C) calor específico.
- D) capacidade térmica ou calorífica.
A resposta correta é a letra D) capacidade térmica ou calorífica.
Essa questão pode ser explicada pelo conceito de capacidade térmica, que é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C (ou 1 K). Em outras palavras, é a medida da habilidade de um corpo em absorver ou liberar calor.
Quando dois corpos de mesmo material absorvem a mesma quantidade de calor, mas apresentam variações de temperatura diferentes, isso ocorre porque eles têm capacidades térmicas diferentes. Isso significa que um deles pode absorver mais calor para elevar sua temperatura em 1°C do que o outro.
O calor latente (opção A) é a quantidade de calor necessária para mudar o estado de agregação de uma substância, por exemplo, para converter água líquida em água vapor. Embora esteja relacionado à absorção de calor, não é o conceito correto para explicar a variação de temperatura entre os dois corpos.
O ponto de fusão (opção B) é a temperatura em que uma substância muda de estado sólido para líquido. Embora seja um conceito importante em termologia, não está relacionado à variação de temperatura entre os dois corpos.
O calor específico (opção C) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de uma substância em 1°C. Embora esteja relacionado à capacidade térmica, não é o conceito correto para explicar a variação de temperatura entre os dois corpos.
Em resumo, a capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C, e é o conceito que explica a variação de temperatura entre os dois corpos que absorvem a mesma quantidade de calor.
1030) Dilatação é um fenômeno térmico relativo
- A) somente aos sólidos.
- B) somente aos fluidos.
- C) somente aos sólidos e líquidos.
- D) tanto aos sólidos, quanto aos líquidos e gases.
Resposta: D) tanto aos sólidos, quanto aos líquidos e gases.
A dilatação é um fenômeno térmico que ocorre em todos os estados físicos da matéria: sólidos, líquidos e gases. Quando a temperatura de um sistema aumenta, as partículas que o compõem ganham energia cinética e começam a se mover mais rapidamente, ocupando um volume maior.
Em sólidos, a dilatação ocorre devido ao aumento da distância entre as partículas, o que causa um aumento no volume do material. Em líquidos, a dilatação ocorre devido ao aumento da distância entre as moléculas e à mudança de forma da superfície líquida. Já em gases, a dilatação ocorre devido ao aumento da distância entre as moléculas e à expansão do volume ocupado pelo gás.
Portanto, a alternativa correta é a letra D, que afirma que a dilatação ocorre tanto em sólidos, quanto em líquidos e gases.
Observação: É importante notar que a dilatação térmica é um fenômeno diferente da expansão do volume de uma substância devido a uma mudança de estado físico, como a fusão ou a vaporização.