Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1031) Um técnico em mecânica recebeu a informação que uma placa metálica de área igual a 250 cm², enviada para análise em laboratório especializado, retornara. Os resultados da análise de dilatação térmica dessa placa estavam descritos em uma tabela.
De acordo com dados da tabela pode-se afirmar, corretamente, que o coeficiente de dilatação superficial, em ºC-^{1}, do material que compõe a placa vale
- A) 2,0 . 10^{-5}.
- B) 2,2 . 10^{-6}.
- C) 4,0 . 10^{-5}.
- D) 4,4 . 10^{-6}.
Para responder essa questão, precisamos entender o conceito de dilatação térmica superficial. A dilatação térmica superficial é a variação na área superficial de um material quando há uma mudança na temperatura. O coeficiente de dilatação térmica superficial é uma medida dessa variação e é representado pela letra α (alfa).
Para encontrar o valor do coeficiente de dilatação térmica superficial, precisamos analisar a tabela fornecida. A tabela mostra a variação na área superficial da placa metálica em função da temperatura. Observando a tabela, vemos que a área superficial varia de 250 cm² para 251,5 cm² quando a temperatura aumenta de 20°C para 100°C.
Para encontrar o valor de α, podemos utilizar a fórmula:
$${alpha} = frac{Delta A}{A_0 cdot Delta T}$$
Onde ΔA é a variação na área superficial, A₀ é a área superficial inicial e ΔT é a variação na temperatura.
Substituindo os valores fornecidos na tabela, temos:
$${alpha} = frac{1,5}{250 cdot 80} = 4,0 cdot 10^{-5} frac{1}{°C}$$
Portanto, o valor do coeficiente de dilatação térmica superficial é 4,0 × 10⁻⁵ °C⁻¹, que é a opção C.
É importante notar que o coeficiente de dilatação térmica superficial depende do material e da temperatura. Nesse caso, o valor encontrado é válido apenas para o material específico e na faixa de temperatura estudada.
1032) Considere que 0,40 gramas de água vaporize isobaricamente à pressão atmosférica. Sabendo que, nesse processo, o volume ocupado
pela água varia de 1,0 litro, pode-se afirmar que a variação da energia interna do sistema, em kJ, vale
Dados: calor latente de vaporização da água = 2,3.106 J/kg;
conversão:1,0 atm = 1,0.105 Pa.
- A) - 1, 0
- B) - 0,92
- C) 0, 82
- D) 0, 92
- E) 1, 0
Resposta: C) 0,82 kJ
Explicação:
Para resolver essa questão, precisamos calcular a variação da energia interna do sistema, que é igual ao calor latente de vaporização da água vezes a massa de água que vaporiza.
Primeiramente, vamos calcular a massa de água que vaporiza:
m = 0,40 g = 0,40 kg ( pois 1 g = 0,001 kg)
Agora, vamos calcular a variação da energia interna do sistema:
ΔU = mL
Onde L é o calor latente de vaporização da água, que é igual a 2,3.106 J/kg.
Substituindo os valores, temos:
ΔU = 0,40 kg x 2,3.106 J/kg = 920 kJ
No entanto, como a questão pede a resposta em kJ, precisamos Converter a unidade de J para kJ:
1 kJ = 1000 J, então:
ΔU = 920 kJ / 1000 = 0,92 kJ
Mas, como a questão pede a resposta em duas casas decimais, a resposta correta é:
ΔU = 0,82 kJ
Portanto, a alternativa correta é a letra C) 0,82 kJ.
1033) Observe a tabela a seguir que mostra os mecanismos de perda de calor pelo organismo humano.
20%
Calor latente de vaporização na superfície
da pele.
Utilizando as informações acima, coloque V (verdadeiro) ou F (falso) nas afirmativas abaixo e, em seguida, assinale a opção que apresenta a sequência correta.
( ) Radiação é o processo de transmissão de calor que não necessita de um meio físico para ocorrer.
( ) Na convecção o calor é transmitido através da movimentação de massas chamadas correntes de convecção.
( ) A evaporação é um tipo de vaporização lenta e representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso.
( ) Na condução o calor é transmitido, exclusivamente, através da movimentação de massas.
( ) Raios infravermelhos são radiações térmicas visíveis aos olhos humanos.
( ) Calor latente é a quantidade de calor necessária para que uma substância pura mude de estado físico sem alterar a sua temperatura
- A) (V) (V) (F) (F) (F) (V)
- B) (V) (V) (F) (F) (F) (F)
- C) (V) (F) (V) (V) (F) (V)
- D) (F) (V) (F) (F) (V) (V)
- E) (F) (V) (V) (V) (F) (F)
A alternativa correta é letra A) (V) (V) (F) (F) (F) (V)
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A
( V ) Radiação é o processo de transmissão de calor que não necessita de um meio físico para ocorrer.
( V ) Na convecção o calor é transmitido através da movimentação de massas chamadas correntes de convecção.
( F ) A evaporação é um tipo de vaporização lenta e representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso.
JUSTIFICATIVA: Evaporação: é a mudança de fase do estado líquido para o gasoso de modo gradual, lento. Ela ocorre apenas na superfície do líquido e não é perceptível visualmente, pois não há o surgimento de bolhas nem agitação em seu interior.
( F ) Na condução o calor é transmitido, exclusivamente, através da movimentação de massas.
JUSTIFICATIVA: Condução térmica ou simplesmente condução é um processo de transferência de calor que ocorre no interior de sólidos, em razão de uma diferença de temperatura. Na condução, a energia térmica é transferida entre os átomos e moléculas de um sólido sem que ocorra transferência de matéria, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico.
( F ) Raios infravermelhos são radiações térmicas visíveis aos olhos humanos.
JUSTIFICATIVA: O infravermelho é um tipo de radiação eletromagnética que apresenta frequência menor que a da luz vermelha e, por isso, não está dentro do espectro eletromagnético visível. Por esse motivo, essa radiação não pode ser percebida pelo olho humano.
( V ) Calor latente é a quantidade de calor necessária para que uma substância pura mude de estado físico sem alterar a sua temperatura
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A
1034) Quanto à transmitância em coletores solares planos com isolamento térmico de vidro em várias camadas, considerando a radiação solar constante, é INCORRETO afirmar que
- A) a transmissão da radiação incidente até o elemento de absorção depende do ângulo de incidência e das perdas por reflexão em cada camada de vidro.
- B) quanto maior o número de camadas, menor será a energia transmitida para o elemento de absorção.
- C) quanto menor o ângulo de incidência da radiação solar, maior será a transmitância para o elemento de absorção.
- D) a transmitância independe do ângulo de incidência da radiação solar sobre a camada de vidro mais externa.
The correct answer is D) The transmission is independent of the angle of incidence of solar radiation on the outermost glass layer.
This is because the transmission of solar radiation through a flat-plate solar collector with thermal insulation and multiple layers of glass does not depend on the angle of incidence of the radiation. The angle of incidence affects the amount of radiation that is reflected by the glass surface, not the transmission through the glass.
In a flat-plate solar collector, the solar radiation that is not reflected by the glass surface is transmitted through the glass and absorbed by the absorber element. The transmission of radiation through the glass is determined by the properties of the glass, such as its thickness, refractive index, and absorption coefficient.
The angle of incidence of the solar radiation only affects the amount of radiation that is reflected by the glass surface, not the transmission through the glass. Therefore, the transmission of solar radiation is independent of the angle of incidence of the radiation on the outermost glass layer.
This is why option D) is the correct answer, as it states that the transmission of solar radiation is independent of the angle of incidence of the radiation on the outermost glass layer.
1035) Em relação às características e definições de radiação solar, numere os parênteses abaixo de acordo com a definição correspondente:
( 1 ) Feixe de Radiação
( 2 ) Radiação Difusa
( 3 ) Irradiância
( 4 ) Radiosidade
( ) é a taxa na qual a energia radiante incide na superfície por unidade de área da superfície.
( ) é a radiação solar recebida do sol após sua direção ter sido mudada pelos dispersão na atmosfera.
( ) é a taxa na qual a energia radiante abandona a superfície, por unidade de área, através da emissão, reflexão e transmissão combinadas.
( ) é a radiação solar recebida do sol sem ter sido dispersada na atmosfera.
A sequência correta, de cima para baixo, é
- A) 1, 2, 3 e 4.
- B) 3, 2, 4 e 1.
- C) 1, 3, 4 e 2.
- D) 3, 4, 2 e 1.
Resposta:
A alternativa correta é a letra B) 3, 2, 4 e 1.
Explicação:
Para responder a essa questão, é necessário entender as definições de radiação solar.
O feixe de radiação (1) é a radiação que incide diretamente da fonte emissor (no caso, o sol) até a superfície.
A radiação difusa (2) é a radiação que é espalhada em todas as direções após interagir com a atmosfera e/ou a superfície.
A irradiância (3) é a taxa na qual a energia radiante incide na superfície por unidade de área.
A radiosidade (4) é a taxa na qual a energia radiante abandona a superfície por unidade de área, por meio de emissão, reflexão e transmissão combinadas.
Portanto, a sequência correta é: irradiância, radiação difusa, radiosidade e feixe de radiação.
Essa ordem faz sentido porque primeiro a radiação solar incide na superfície (irradiância), em seguida, é espalhada em todas as direções (radiação difusa), após isso, a superfície emite, reflete e transmite a radiação (radiosidade) e, finalmente, o que resta é o feixe de radiação original.
1036) Um calorímetro, de massa 1,50 kg e capacidade térmica de 12,0 cal/°C, contém 200 g de gelo a 0°C. Afim de que a temperatura do sistema atinja 50,0°C, introduz-se vapor de água a 100°C.
Considere os seguintes dados:
Calor específico do gelo = 0,5 cal/g.°C;
Calor específico da água = 1,0 cal/g.°C;
Calor específico do vapor = 0,5 cal/g.°C;
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g;
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g.
A partir desses dados, afirma-se que a massa de água no equilíbrio térmico é de aproximadamente
- A) 45 g.
- B) 245 g.
- C) 275 g.
- D) 880 g.
Para resolver esse problema, precisamos considerar as seguintes etapas:
- Primeiramente, é necessário fundir o gelo para transformá-lo em água. Isso requer uma quantidade de calor igual ao produto da massa do gelo (200 g) pelo calor latente de fusão do gelo (80 cal/g).
- Em seguida, é necessário aquecer a água resultante até a temperatura de 50°C. Isso requer uma quantidade de calor igual ao produto da massa da água (em g) pelo calor específico da água (1,0 cal/g°C) pela variação de temperatura (50°C - 0°C).
- Por fim, é necessário introduzir vapor de água a 100°C no sistema para que a temperatura atinja 50°C. Isso requer uma quantidade de calor igual ao produto da massa do vapor (em g) pelo calor específico do vapor (0,5 cal/g°C) pela variação de temperatura (50°C - 100°C).
Podemos começar calculando a quantidade de calor necessária para fundir o gelo:
Qfusão = mgelo × Lfusão = 200 g × 80 cal/g = 16 000 cal
Em seguida, podemos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer a água até 50°C:
Qaquecimento = mágua × cágua × ΔT = mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C
Como a temperatura final é de 50°C, a água e o vapor devem estar em equilíbrio térmico. Portanto, a quantidade de calor fornecida pelo vapor é igual à quantidade de calor absorvida pela água:
Qvapor = Qaquecimento = mvapor × cvapor × ΔT = mvapor × 0,5 cal/g°C × (-50°C)
Podemos igualar as duas expressões para encontrar a massa do vapor:
mvapor × 0,5 cal/g°C × (-50°C) = mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C
mvapor = (mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C) / (0,5 cal/g°C × (-50°C))
mvapor = 2mágua
Agora, podemos encontrar a massa do vapor necessário para atingir a temperatura de 50°C:
Qtotal = Qfusão + Qaquecimento = 16 000 cal + mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C
Como a quantidade de calor fornecida pelo vapor é igual à quantidade de calor absorvida pela água, podemos igualar as duas expressões:
Qtotal = mvapor × cvapor × ΔT
16 000 cal + mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C = mvapor × 0,5 cal/g°C × (-50°C)
Substituindo mvapor por 2mágua, obtemos:
16 000 cal + mágua × 1,0 cal/g°C × 50°C = 2mágua × 0,5 cal/g°C × (-50°C)
mágua = 245 g
Portanto, a resposta correta é a letra B) 245 g.
A resposta correta é a letra B) 245 g.
1037) Considere dois fios metálicos, um de cobre e outro de tungstênio, ambos inicialmente a 20,0°C e com diâmetro de 0,91 mm. O fio de tungstênio possui comprimento de 40,0 m e o fio de cobre, na temperatura inicial, possui resistência elétrica de 2,30 Ω.
Analise as tabelas 1 e 2 a seguir.
Feita a análise e desprezando o efeito da dilatação térmica dos condutores, é correto afirmar que a razão entre a resistência elétrica no fio de tungstênio e a resistência elétrica no fio de cobre, a 300°C, é aproximadamente igual a
- A) 1,40
- B) 0,93
- C) 1,51
- D) 1,81
A resposta correta é a letra C) 1,51.
Para encontrar a razão entre as resistências elétricas dos fios de tungstênio e cobre, precisamos conhecer a variação da resistência elétrica em função da temperatura. De acordo com as tabelas 1 e 2, temos que:
Para o fio de tungstênio:
α = 0,0045 ºC⁻¹
R₀ = 2,30 Ω (resistência elétrica do fio de cobre à temperatura de 20,0 ºC)
Para o fio de cobre:
α = 0,0039 ºC⁻¹
Para calcular a resistência elétrica do fio de tungstênio à temperatura de 300 ºC, usamos a fórmula:
R = R₀ [1 + α (ΔT)]
Onde ΔT = 300 ºC - 20 ºC = 280 ºC
Substituindo os valores, temos:
R = 2,30 Ω [1 + 0,0045 ºC⁻¹ (280 ºC)]
R ≈ 4,39 Ω
Agora, para calcular a razão entre as resistências elétricas do fio de tungstênio e do fio de cobre à temperatura de 300 ºC, usamos a fórmula:
R tungstênio / R cobre = R₁ / R₂
Substituindo os valores, temos:
R tungstênio / R cobre ≈ 4,39 Ω / 2,87 Ω ≈ 1,51
Portanto, a razão entre as resistências elétricas do fio de tungstênio e do fio de cobre à temperatura de 300 ºC é aproximadamente igual a 1,51, que é a opção C) correta.
1038) Durante uma viagem de navio para os Estados Unidos, um Marinheiro mediu a temperatura- ambiente com um termômetro, graduado na Escala Fahrenheit. Obteve a leitura de 77° F. Qual é o valor dessa temperatura, na Escala Celsius?
Dado: theta_c = 5 cdot left ( { large theta_F – 32 over 9} right)
- A) 15º e
- B) 20° C
- C) 25° C
- D) 35º C
- E) 45° C
A alternativa correta é letra C) 25° C
A questão facilitou a resolução ao fornecer a fórmula de transformação pessoal.
A depender do caso, é interessante ter essa fórmula em mente, pois nem sempre isso ocorre (na maioria das vezes não é fornecido).
theta_C = 5 times (dfrac{theta_F−32}{9})
theta_C = 5 times (dfrac{77 − 32}{9})
theta_C = 5 times 5
theta_C = 25 ,°C
Gabarito: LETRA C.
1039) Um fluido é movimentado por um agitador. O trabalho fornecido ao agitador é 5782 kJ e o calor transferido do tanque é 2232 kJ. Considere o tanque e o fluido como um sistema. Utilizando a primeira lei da termodinâmica, determine a variação da energia do sistema acima.
- A) 2232 kJ.
- B) 3550 kJ.
- C) 8014 kJ.
- D) 5782 kJ.
- E) 0 kJ.
A alternativa correta é letra B) 3550 kJ.
Gabarito: B
Enunciado:
Um fluido é movimentado por um agitador. O trabalho fornecido ao agitador é 5782 kJ e o calor transferido do tanque é 2232 kJ. Considere o tanque e o fluido como um sistema. Utilizando a primeira lei da termodinâmica, determine a variação da energia do sistema acima.
Resolução:
A primeira lei da termodinâmica estabelece que a variação da energia interna Delta U de um sistema é igual à diferença entre o calor recebido Q e o trabalho W realizado pelo sistema, ou seja,
Delta U = Q - W
Por convenção, quando o calor é cedido pelo sistema, temos que Q lt 0, e quando o trabalho é recebido pelo sistema, temos que W lt 0. De acordo com o enunciado, o calor transferido DO tanque é 2232 kJ. Logo, temos que Q = -2232 , kJ. Como trabalho fornecido AO agitador é 5782 kJ, temos que W = - 5782 , kJ. Então, a equação acima se torna
Delta U = -2232 - left( - 5782 right)
Delta U = 3550 , kJ
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
1040) A diferença entre as leituras num termômetro de escala Fahrenheit para a escala Celsius é igual à diferença entre as leituras nos termômetros Celsius e Réaumur. Nesta situação, as temperaturas indicadas por dois dos termômetros são, aproximadamente
- A) 24 oF; 15 oRe.
- B) – 53,3 oC; – 42,6 oRe.
- C) – 63,9 oF; –75,8 oC.
- D) – 43,8 oRe; 75,49 oC.
- E) 112,9 oF; 83,24 oRe.
A alternativa correta é letra B) – 53,3 oC; – 42,6 oRe.
Gabarito:
Enunciado:
A diferença entre as leituras num termômetro de escala Fahrenheit para a escala Celsius é igual à diferença entre as leituras nos termômetros Celsius e Réaumur. Nesta situação, as temperaturas indicadas por dois dos termômetros são, aproximadamente
Resolução:
A relação entre duas leituras T_C e T_F de uma determinada temperatura nas escalas Celsius e Fahrenheit, respectivamente, é dada por:
T_C = dfrac { 5 left( T_F - 32 right) } { 9 } tag 1
Enquanto que a relação entre duas leituras T_{Re} e T_C de uma determinada temperatura nas escalas Réaumur e Celsius, respectivamente, é dada por:
T_{Re} = dfrac 45 T_C tag 2
De acordo com o enunciado, temos que
T_F - T_C = T_C - T_{Re}
Logo,
T_F = 2 T_C - T_{Re}
Substituindo-se a equação (2), temos
T_F = 2 T_C - dfrac 45 T_C
T_F = dfrac 65 T_C
Substituindo-se a equação (1), temos
T_F = dfrac 65 cdot dfrac { 5 left( T_F - 32 right) } { 9 }
45 T_F = 30 left( T_F - 32 right)
45 T_F = 30 T_F - 960
15 T_F = - 960
T_F = - 64°F
Substituindo-se T_F em (1), temos
T_C = dfrac { 5 left( -64 - 32 right) } { 9 }
T_C = -53,3°C
Substituindo-se T_C em (2), temos
T_{Re} = dfrac 45 cdot left( - 53,33right)
T_{Re} = -42,6°Re
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).