Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1041) A 20 ºC duas barras, A e B, possuem o mesmo comprimento. Aquecendo-se A a 120 ºC e B, a 450 ºC, A apresenta variação de comprimento 4 vezes menor que B. O coeficiente de dilatação linear de A vale 3.10–7 ºC–1. Nesta situação a razão entre os coeficientes de dilatação da barra B e da Barra A vale, aproximadamente
- A) 1,6.
- B) 2,0.
- C) 2,8.
- D) 3,2.
- E) 3,8.
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Gabarito: Questão Anulada
Enunciado:
A 20 ºC duas barras, A e B, possuem o mesmo comprimento. Aquecendo-se A a 120 ºC e B, a 450 ºC, A apresenta variação de comprimento 4 vezes menor que B. O coeficiente de dilatação linear de A vale 3.10–7 ºC–1. Nesta situação a razão entre os coeficientes de dilatação da barra B e da Barra A vale, aproximadamente
Resolução:
A variação de comprimento Delta L de um material de coeficiente de dilatação alpha, comprimento inicial L_0 e sujeito a uma variação de temperatura Delta T é dada por:
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T tag 1
De acordo com o enunciado, temos que
Delta L_A = dfrac 14 Delta L_B
Substituindo-se a equação (1) na equação acima, temos que
alpha_A cdot L_{0_A} cdot Delta T_A = dfrac 14 alpha_B cdot L_{0_B} cdot Delta T_B
Logo,
dfrac { alpha_B } { alpha_A } = dfrac { 4 L_{0_A} cdot Delta T_A } { L_{0_B} cdot Delta T_B }
Como as barras possuem o mesmo comprimento inicial, L_{0_A} = L_{0_B},temos que
dfrac { alpha_B } { alpha_A } = dfrac { 4 cancel { L_{0_A} } cdot Delta T_A } { cancel { L_{0_A} } cdot Delta T_B }
dfrac { alpha_B } { alpha_A } = dfrac { 4 Delta T_A } { Delta T_B }
Logo,
dfrac { alpha_B } { alpha_A } = dfrac { 4 left( 120-20 right) } { 450-20 }
dfrac { alpha_B } { alpha_A } = dfrac { 400 } { 430 }
dfrac { alpha_B } { alpha_A } approx 0,93
Como não há alternativa correspondente, a questão foi devidamente anulada.
1042) Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma a seguir e assinale a alternativa com a sequência correta.
( ) A dilatação aparente de um líquido mede a razão entre o volume interno do recipiente e o volume que o líquido ocupa no recipiente.
( ) A massa específica de uma substância varia na razão inversa do binômio de dilatação volumétrica.
( ) Tem maior resistência a choques térmicos, vidros que possuem pequeno coeficiente de dilatação térmica.
( ) Corpos homogêneos ocos se dilatam mais que os maciços, de mesmo material, porque se aquecem mais rapidamente.
- A) V – F – F – V.
- B) F – V – V – F.
- C) F – F – V – V.
- D) V – F – F – F.
- E) V – V – F – F.
A alternativa correta é letra B) F – V – V – F.
Gabarito: B
Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma a seguir e assinale a alternativa com a sequência correta.
( F ) A dilatação aparente de um líquido mede a razão entre o volume interno do recipiente e o volume que o líquido ocupa no recipiente. FALSO.
A dilatação aparente mede a diferença entre a variação do volume do líquido e a variação do volume do recipiente. Item falso.
( V ) A massa específica de uma substância varia na razão inversa do binômio de dilatação volumétrica. VERDADEIRO.
A massa específica rho de uma substância de massa m e volume V é dada por
rho = dfrac mV
Ao variar a temperatura, essa substância está sujeita a uma variação de volume, que é dada por Delta V = gamma V_0 Delta T, onde gamma é o coeficiente de dilatação volumétrico, V_0 é o volume inicial e Delta T é a variação da temperatura. Assim, a equação acima se torna
rho = dfrac m { V + Delta V }
Logo,
rho = dfrac m { V + gamma V Delta T}
rho = dfrac m { V left( 1 + gamma Delta T right) }
Observando a equação acima, podemos notar que a massa específica rho de uma substância varia na razão inversa do binômio de dilatação volumétrica left( 1 + gamma Delta T right). Item verdadeiro.
( V ) Tem maior resistência a choques térmicos, vidros que possuem pequeno coeficiente de dilatação térmica. VERDADEIRO.
Materiais que apresentam pequeno coeficiente de dilatação térmica são mais resistentes a choques térmicos, pois sofrerão menor dilatação, o que não compromete sua estrutura. Item verdadeiro.
( F ) Corpos homogêneos ocos se dilatam mais que os maciços, de mesmo material, porque se aquecem mais rapidamente. FALSO.
A dilatação volumétrica dos corpos depende apenas do coeficiente de dilatação volumétrica, do volume inicial e da variação da temperatura. Logo, o que importa é o volume total do corpo, e não se ele é oco ou maciço. Item falso.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
1043) Um aquecedor fornece 10 kcal/min a 100 g de gelo, inicialmente a –20 ºC. O tempo necessário para essa massa de gelo ser transformada em vapor a 120 ºC vale, aproximadamente
- A) 44,4 s.
- B) 7,4 min.
- C) 44,4 min.
- D) 74 s.
- E) 444 min.
A alternativa correta é letra B) 7,4 min.
Gabarito: B
Enunciado:
Um aquecedor fornece 10 kcal/min a 100 g de gelo, inicialmente a -20 ºC. O tempo necessário para essa massa de gelo ser transformada em vapor a 120 ºC vale, aproximadamente
Resolução:
Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer o gelo de -20°C a 0°C:
Q_1 = m_{gelo} c_{gelo} Delta theta_{gelo}
Como c_{gelo} = 0,5 , cal/g°C, temos
Q_1 = 100 cdot 0,5 cdot left( 0 - left( -20 right) right)
Q_1 = 1000 , cal
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para derreter essa massa de gelo:
Q_2 = m_{gelo} L_{gelo}
Como L_{gelo} = 80 , cal/g, temos
Q_2 = 100 cdot 80
Q_2 = 8000 , cal
Vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer essa massa de água de 0°C a 100°C:
Q_3 = m_{água} c_{água} Delta theta_{água}
Como c_{água} = 1,0 , cal/g°C, temos
Q_3 = 100 cdot 1,0 cdot left( 100-0 right)
Q_3 = 10000 , cal
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para vaporizar essa massa de água:
Q_4 = m_{água} L_{água}
Como L_{água} = 540 , cal/g, temos
Q_4 = 100 cdot 540
Q_4 = 54000 , cal
Finalmente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer essa massa de vapor de água de 100°C a 120°C:
Q_5 = m_{vapor} c_{vapor} Delta theta_{vapor}
Como c_{vapor} = 0,48 , cal/g°C, temos
Q_5 = 100 cdot 0,48 cdot left( 120-100 right)
Q_5 = 960 , cal
Então, o calor total necessário para a massa de gelo ser transformada em vapor a 120 ºC é dada por
Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5
Q_{total} = 1000 + 8000 + 10000 + 54000 + 960
Q_{total} = 1000 + 8000 + 10000 + 54000 + 960
Q_{total} = 73960 cal
Q_{total} = 73,960 , kcal
Como o aquecedor fornece 10 kcal/min, temos
P = dfrac Q { Delta t }
10 dfrac { cancel {kcal} } { min } = dfrac { 73,96 cancel {kcal} } { Delta t }
Delta t = 7,396 , min
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
1044) Uma lâmina bimetálica de bronze e ferro, na temperatura ambiente, é fixada por uma de suas extremidades, como visto na figura abaixo.
Nessa situação, a lâmina está plana e horizontal. A seguir, ela é aquecida por uma chama de gás. Após algum tempo de aquecimento, a forma assumida pela lâmina será mais adequadamente representada pela figura:
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra D)
Note e adote:
O coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é 1,2cdot 10^{–5} °C^{–1}.
O coeficiente de dilatação térmica linear do bronze é 1,8cdot 10^{–5} °C^{–1}.
Após o aquecimento, a temperatura da lâmina é uniforme.
Com o aquecimentos da lâmina pela chama de gás, ocorrerá dilatação térmica linear, o que fará com que a lâmina envergue para um dos lados. Esse envergamento se dará pela diferença de dilatação entre os materiais metálicos.
Quanto maior for essa diferença entre os coeficientes de dilatação, maior rápido e com menor variação de temperatura ocorrerá a abertura do circuito.
Como o bronze, que é o material colocado por cima ferro, tem coeficiente de dilatação linear maior do que o coeficiente do ferro, o bronze se dilatará mais rapidamente, fazendo a lâmina envergar para baixo.
Ao analisarmos as alternativas, concluímos que o gabarito é a letra D.
Gabarito: D
1045) A figura representa uma maneira barata e portátil de resfriar bebidas.
O líquido é inserido à temperatura ambiente T1 em um funil (1) e é conduzido através de canos de aço longos e finos que atravessam o interior de um recipiente preenchido com gelo e isolado termicamente (2), até atingir uma torneira externa (3) por onde a bebida é servida a uma temperatura menor T2. Após o derretimento do gelo, a água formada no recipiente (2) pode ser dispensada por uma saída auxiliar (4) e o gelo pode ser então reposto, mantendo o sistema de resfriamento portátil em funcionamento.
Um pequeno ajuste que proporcionaria uma redução ainda maior na temperatura T2 do líquido servido seria
- A) reduzir da área da encanação de aço para reduzir o fluxo de líquido e os ganhos de calor do líquido por convecção.
- B) aumentar a extensão do encanamento de aço para proporcionar uma maior área de contato e um tempo maior para a troca de calor com o gelo.
- C) aumentar a quantidade de gelo do recipiente (2), de forma que o sistema seria capaz de retirar mais calor do líquido.
- D) melhorar o isolamento térmico do recipiente (2), evitando assim a troca de calor entre o gelo e o ambiente.
- E) revestir internamente o encanamento de aço com um material espelhado para assim evitar que o líquido perca calor por radiação.
A alternativa correta é letra B) aumentar a extensão do encanamento de aço para proporcionar uma maior área de contato e um tempo maior para a troca de calor com o gelo.
Gabarito: LETRA B.
a) reduzir da área da encanação de aço para reduzir o fluxo de líquido e os ganhos de calor do líquido por convecção. INCORRETA.
Sabemos que, de acordo com a lei de Fourier, o fluxo de calor, taxa temporal de calor que flui por um corpo, é dada por:
Phi = dfrac { Q } { Delta t } = dfrac { k cdot A cdot Delta T } { L } tag 1
Onde k é a condutividade térmica, A a área, Delta T a diferença de temperatura e L o comprimento.
Note que Phi e A são diretamente proporcionais, de forma que a redução da área de encanação implica em redução do fluxo de calor. Ou seja, o líquido perde menos calor para o sistema, e a redução não seria maior. Alternativa incorreta.
b) aumentar a extensão do encanamento de aço para proporcionar uma maior área de contato e um tempo maior para a troca de calor com o gelo. CORRETA.
Como podemos ver na equação (1), Phi e A são diretamente proporcionais, de forma que o aumento da extensão do encanamento de aço implica em um aumento da área de contato e, consequentemente, do fluxo de calor. Alternativa correta.
c) aumentar a quantidade de gelo do recipiente (2), de forma que o sistema seria capaz de retirar mais calor do líquido. INCORRETA.
Aumentar a quantidade de gelo do recipiente (2) faria com que o calor fosse retirado mais rápido do líquido, mas não aumentaria a quantidade de calor retirado do líquido, uma vez que a diferença de temperatura seria a mesma. Alternativa incorreta.
d) melhorar o isolamento térmico do recipiente (2), evitando assim a troca de calor entre o gelo e o ambiente. INCORRETA.
Melhorar o isolamento térmico do recipiente faria com que a bebida ficasse resfriada por mais tempo, mas não reduziria ainda mais a temperatura do líquido servido. Alternativa incorreta.
e) revestir internamente o encanamento de aço com um material espelhado para assim evitar que o líquido perca calor por radiação. INCORRETA.
Assim como na alternativa anterior, essa medida faria com que a bebida ficasse resfriada por mais tempo, mas não reduziria ainda mais a temperatura do líquido servido. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1046) Um aparelho de ar-condicionado é programado para operar em ciclos de desligamento e acionamento do sistema de refrigeração, conforme mostra a figura.
Ao ligar o aparelho de ar-condicionado, o ambiente se encontra a temperatura ambiente To, iniciando portanto um primeiro ciclo de resfriamento (1) até atingir a temperatura de desligamento Tp programada pelo usuário. Neste momento, o sistema de resfriamento é desligado, mantendo apenas em funcionamento o sistema de ventilação do aparelho. Durante este ciclo (2), a temperatura do ambiente volta a subir, de forma que o sistema de refrigeração é reativado quando se atinge uma temperatura de acionamento T_p+Delta T, voltando a resfriar o ambiente até atingir a temperatura de trabalho novamente (3). Este procedimento se repete até que o aparelho de ar-condicionado seja desligado pelo usuário.
A fim de se obter o menor tempo possível para se atingir a temperatura T_p no primeiro ciclo de resfriamento, um procedimento recomendável a ser adotado seria:
- A) reduzir a velocidade do fluxo de ar do aparelho de ar condicionado para o mínimo, pois com menor ar para resfriar, o fluxo terá menor temperatura.
- B) ligar conjuntamente um circulador de ar (ventilador), a fim de contribuir, mesmo que em menor proporção, para a redução de temperatura do ambiente.
- C) desligar todas as luzes e aparelhos eletrônicos presentes no ambiente, tais como televisor ou aparelho de som, já que são fontes de calor externo.
- D) programar o aparelho para uma temperatura de desligamento (T_p) menor possível, intensificando o trabalho do motor de resfriamento.
- E) reduzir progressivamente o valor da temperatura de desligamento (T_p), a fim de que o processo de resfriamento aconteça a uma taxa compatível com a da transferência de calor pelo ar.
A alternativa correta é letra C) desligar todas as luzes e aparelhos eletrônicos presentes no ambiente, tais como televisor ou aparelho de som, já que são fontes de calor externo.
Gabarito: LETRA C.
Vamos analisar cada uma das alternativas:
a) reduzir a velocidade do fluxo de ar do aparelho de ar condicionado para o mínimo, pois com menor ar para resfriar, o fluxo terá menor temperatura. INCORRETA.
Pelo contrário, é necessário aumentar o fluxo de ar para o máximo, a fim de ocorrer a retirada de calor de uma quantidade maior de ar. Alternativa incorreta.
b) ligar conjuntamente um circulador de ar (ventilador), a fim de contribuir, mesmo que em menor proporção, para a redução de temperatura do ambiente. INCORRETA.
Apesar de contribuir com a refrigeração do ambiente, veremos nas outras alternativas que este não é o procedimento capaz de alcançar o menor tempo possível para se atingir a temperatura T_p no primeiro ciclo de resfriamento. Alternativa incorreta.
c) desligar todas as luzes e aparelhos eletrônicos presentes no ambiente, tais como televisor ou aparelho de som, já que são fontes de calor externo. CORRETA.
Como a alternativa menciona, tais aparelhos são fontes de calor externo. Dessa forma, ao desligá-los, é necessário retirar uma quantidade de calor menor para atingir T_p, o que resulta em um menor tempo para se atingir a temperatura. Alternativa correta.
d) programar o aparelho para uma temperatura de desligamento (T_p) menor possível, intensificando o trabalho do motor de resfriamento. INCORRETA.
Ao diminuir T_p, aumenta-se o tempo para atingir essa temperatura. Alternativa incorreta.
e) reduzir progressivamente o valor da temperatura de desligamento (T_p), a fim de que o processo de resfriamento aconteça a uma taxa compatível com a da transferência de calor pelo ar. INCORRETA.
Esse é um procedimento que não permite alcançar o menor tempo possível para se atingir a temperatura T_p no primeiro ciclo de resfriamento. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
1047) A figura é o esquema simplificado de um disjuntor termomagnético utilizado para a proteção de instalações elétricas residenciais. O circuito é formado por um resistor de baixa resistência R; uma lâmina bimetálica L, composta pelos metais X e Y; um eletroímã E; e um par de contatos C. Esse par de contatos tende a abrir pela ação da mola M2 , mas o braço atuador A impede, com ajuda da mola M1 . O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade do atuador A somente em caso de corrente muito alta (curto circuito) e, nessa situação, A gira no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C pela ação de M2.
De forma similar, R e L são dimensionados para que esta última não toque a extremidade de A quando o circuito é percorrido por uma corrente até o valor nominal do disjuntor. Acima desta, o aquecimento leva o bimetal a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de forma idêntica à do eletroímã.
(www.mspc.eng.br. Adaptado.)
Na condição de uma corrente elevada percorrer o disjuntor no sentido indicado na figura, sendo a_X e a_Y os coeficientes de dilatação linear dos metais X e Y, para que o contato C seja desfeito, deve valer a relação e, nesse caso, o vetor que representa o campo magnético criado ao longo do eixo do eletroímã apontará para a .
Os termos que preenchem as lacunas estão indicados correta e respectivamente na alternativa
- A) a_X > a_Y … esquerda.
- B) a_X < a_Y … esquerda.
- C) a_X > a_Y … direita.
- D) a_X = a_Y … direita.
- E) a_X < a_Y … direita.
A alternativa correta é letra C) a_X > a_Y … direita.
Típica questão que assusta tanto pelo desenho quanto pelo tamanho do enunciado. Em questões assim, leia primeiro o comando da questão para depois voltar ao texto (isso pode enxugar tempo precioso na hora da prova).
A questão quer, basicamente, qual coeficiente de dilatação das duas placas X e Y precisa ser maior para ocorrer o que o enunciado descreve.
Dessa forma, para que A se movimente para a direita, o coeficiente da barra X tem que ser maior do que o da barra Y, fazendo com que a dilatação de X seja maior que a de Y, flexionando os dois conjuntos para a direita, conforme abaixo.
Além disso, pela regra da mão direita, vemos que o campo ao longo do eixo do imã aponta para a direita.
Gabarito: LETRA C.
1048) Por que o deserto do Atacama é tão seco?
A região situada no norte do Chile, onde se localiza o deserto do Atacama, é seca por natureza. Ela sofre a influência do Anticiclone Subtropical do Pacífico Sul (ASPS) e da cordilheira dos Andes. O ASPS, região de alta pressão na atmosfera, atua como uma “tampa”, que inibe os mecanismos de levantamento do ar necessários para a formação de nuvens e/ou chuva. Nessa área, há umidade perto da costa, mas não há mecanismo de levantamento. Por isso não chove. A falta de nuvens na região torna mais intensa a incidência de ondas eletromagnéticas vindas do Sol, aquecendo a superfície e elevando a temperatura máxima. De noite, a Terra perde calor mais rapidamente, devido à falta de nuvens e à pouca umidade da atmosfera, o que torna mais baixas as temperaturas mínimas. Essa grande amplitude térmica é uma característica dos desertos.
( Ciência Hoje, novembro de 2012. Adaptado.)
Baseando-se na leitura do texto e dos seus conhecimentos de processos de condução de calor, é correto afirmar que o ASPS e a escassez de nuvens na região do Atacama .
As lacunas são, correta e respectivamente, preenchidas por
- A) favorece a convecção – favorece a irradiação de calor
- B) favorece a convecção – dificulta a irradiação de calor
- C) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor
- D) permite a propagação de calor por condução – intensifica o efeito estufa
- E) dificulta a convecção – dificulta a irradiação de calor
A alternativa correta é letra C) dificulta a convecção – favorece a irradiação de calor
Lembrando que a convecção é a transferência de calor pelo meio fluido. A presença de umidade favorece a convecção (por isso que em dias úmidos a gente tem a sensação de estar mais "abafado"). Logo, pelo enunciado, O ASPS dificulta a convecção, pois o ar seco não é um bom condutor de calor quando comparado a ares mais úmidos.
Com relação a irradiação solar, a falta de nuvens aumenta a sua incidência, visto que os raios atingem quase que diretamente o solo, sem perder incidência pela barreira causada pelas nuvens
Gabarito: LETRA C.
1049) A respeito dos conceitos de termodinâmica, assinale a alternativa correta.
- A) Numa transformação isotérmica, a variação da energia interna do gás é diferente de zero.
- B) Numa transformação isobárica, a pressão do gás é alterada.
- C) Numa transformação isobárica, o trabalho realizado pelo gás é diferente de zero.
- D) Numa transformação adiabática, não há trocas de calor com o meio externo.
- E) Numa transformação cíclica, a variação da energia interna do gás é diferente de zero.
Resposta
A alternativa correta é a letra D) Numa transformação adiabática, não há trocas de calor com o meio externo.
Explicação
Uma transformação adiabática é um processo termodinâmico no qual não há troca de calor entre o sistema e o meio externo. Isso significa que a temperatura do sistema pode variar, mas não há fluxo de calor entre o sistema e o meio externo.
As outras alternativas estão incorretas porque:
- A) Numa transformação isométrica, a pressão do gás é constante, mas a temperatura e a energia interna do gás podem variar.
- B) Numa transformação isobárica, a pressão do gás é constante, mas a temperatura e a energia interna do gás podem variar.
- C) Numa transformação isobárica, o trabalho realizado pelo gás é diferente de zero.
- E) Numa transformação cíclica, a variação da energia interna do gás é diferente de zero.
No entanto, apenas na transformação adiabática não há troca de calor com o meio externo, o que a torna a alternativa correta.
1050) Um vasilhame de cobre com capacidade de um litro e cujo coeficiente de dilatação é 17 × 10-6 ºC-1 foi completamente preenchido com líquido cujo coeficiente de dilatação volumétrica é igual a 5 × 10 -4 0C-1. Inicialmente, o sistema (vasilhame + líquido) estava em equilíbrio térmico a 20 ºC.
Considerando essas informações, assinale a opção que apresenta, de forma aproximada, a quantidade, em mL, de líquido que transbordará quando a temperatura do sistema elevar-se a 40 ºC.
- A) 4,30
- B) 2,45
- C) 8,98
- D) 5,32
- E) 6,76
A resposta correta é a letra C) 8,98 mL. Para encontrá-la, é necessário utilizar as equações de dilatação térmica para o vasilhame e o líquido.
Primeiramente, é importante lembrar que a dilatação térmica do líquido é volumétrica, ou seja, ela é referente ao volume do líquido. Já a dilatação térmica do vasilhame é linear, pois é referente à variação da sua dimensão linear.
Para o vasilhame, a variação da sua capacidade é dada pela equação:
ΔV = β * V * ΔT
Onde ΔV é a variação do volume, β é o coeficiente de dilatação linear do vasilhame (17 × 10^-6 °C^-1), V é a capacidade do vasilhame (1 L) e ΔT é a variação da temperatura (20 °C para 40 °C = 20 °C).
Substituindo os valores, obtemos:
ΔV = 17 × 10^-6 °C^-1 * 1 L * 20 °C = 0,034 mL
Já para o líquido, a variação do seu volume é dada pela equação:
ΔV = β * V * ΔT
Onde β é o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido (5 × 10^-4 °C^-1), V é o volume inicial do líquido (1 L) e ΔT é a variação da temperatura (20 °C para 40 °C = 20 °C).
Substituindo os valores, obtemos:
ΔV = 5 × 10^-4 °C^-1 * 1 L * 20 °C = 10 mL
Como o vasilhame se expande 0,034 mL e o líquido se expande 10 mL, haverá um excesso de líquido que transbordará do vasilhame. A quantidade de líquido que transbordará é, portanto, a diferença entre a expansão do líquido e a expansão do vasilhame:
V_transbordado = 10 mL - 0,034 mL = 8,98 mL
Portanto, a resposta correta é a letra C) 8,98 mL.