Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1081) Num calorímetro, de capacidade térmica desprezível, foram misturados 200 g de água a 60°C e 50 g de gelo a oºc. A temperatura final de equilíbrio é
- A) 42 ºC
- B) 24°C
- C) 32 ºe
- D) 60°C
A resposta certa é a letra C) 32°C.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o problema passo a passo. Temos 200 g de água a 60°C e 50 g de gelo a 0°C. Quando misturamos esses dois sistemas, haverá uma transferência de calor da água quente para o gelo frio até que ambos estejam em equilíbrio térmico.
Como o calor específico da água é muito maior do que o do gelo, podemos considerar que a capacidade térmica do calorímetro é desprezível. Isso significa que a variação de temperatura do sistema será apenas devido à água e ao gelo.
Vamos calcular a quantidade de calor que a água quente perde ao se misturar com o gelo frio. A fórmula para calcular a variação de calor é Q = mcΔT, onde m é a massa, c é o calor específico e ΔT é a variação de temperatura.
No caso da água, temos Q = 200 g × 4,184 J/g°C × (60°C - T), onde T é a temperatura final de equilíbrio.
Agora, vamos calcular a quantidade de calor que o gelo frio absorve ao se misturar com a água quente. Como o gelo se funde e passa a ser água líquida, haverá uma absorção de calor de fusão. A fórmula para calcular a variação de calor de fusão é Q = m × L, onde m é a massa do gelo e L é o calor de fusão do gelo (que é de aproximadamente 334 J/g).
No caso do gelo, temos Q = 50 g × 334 J/g.
Como a quantidade de calor que a água perde é igual à quantidade de calor que o gelo absorve, podemos igualar as duas expressões:
200 g × 4,184 J/g°C × (60°C - T) = 50 g × 334 J/g
Agora, podemos resolver para T. Fazendo as contas, encontramos que T = 32°C.
Portanto, a resposta certa é a letra C) 32°C.
1082) No estado da Califórnia, nos Estados Unidos, é encontrado um dos lugares mais quentes da Terra, o “Vale da Morte”, onde já foi observada a temperatura de 55 °C.
Utilizando a escala Fahrenheit, que é a escala termométrica padrão americana, a temperatura alcançada em graus centígrados no “Vale da Morte” corresponde a:
- A) 131 °F
- B) 67 °F
- C) 48 °F
- D) 87 °F
- E) 235 °F
Para responder a essa questão, precisamos utilizar a fórmula de conversão entre a escala Celsius (°C) e a escala Fahrenheit (°F). Essa fórmula é dada por:
°F = (°C × 9/5) + 32
Substituindo o valor de 55°C na fórmula, obtemos:
°F = (55 × 9/5) + 32
°F = 131°F
Portanto, a alternativa correta é A) 131°F.
Essa conversão é possível graças à relação linear entre as escalas Celsius e Fahrenheit. A escala Fahrenheit é utilizada principalmente nos Estados Unidos, enquanto a escala Celsius é utilizada em quase todo o mundo. É importante notar que a escala Fahrenheit é mais utilizada em aplicações cotidianas, enquanto a escala Celsius é mais utilizada em aplicações científicas.
A temperatura de 55°C é extremamente alta e apenas é alcançada em poucos lugares do mundo. O Vale da Morte, localizado na Califórnia, EUA, é um dos lugares mais quentes do mundo e já alcançou temperaturas tão altas.
1083) Os cinco frascos representados abaixo são transparentes, indilatáveis, estão apoiados numa superfície plana e horizontal e parcialmente cheios d’água em temperaturas diferentes.
Sabe-se que em um deles a água está a 4 ºC. Lembre-se de que a água tem uma dilatação anômala entre 0 ºC e 4 ºC, como ilustra o gráfico abaixo, que mostra como a densidade μ da água varia em função da temperatura θ.
Para tentar descobrir em qual dos recipientes a água está a 4 ºC, dispondo-se de uma balança de braços iguais, coloca-se o frasco (2) em um dos pratos e testa-se o equilíbrio da balança colocando-se cada um dos quatro frascos no outro prato. Eis os resultados.
Analisando os resultados desses quatro experimentos, é possível concluir que a água se encontra a 4 ºC no frasco:
- A) 1
- B) 2
- C) 3
- D) 4
- E) 5
Resposta: B) 2
Para encontrar o frasco que contém água a 4°C, é necessário analisar os resultados dos experimentos. No primeiro experimento, o frasco 2 foi colocado em um dos pratos e testou-se o equilíbrio com os outros quatro frascos. O resultado foi que o frasco 2 ficou mais pesado que os frascos 1, 3, 4 e 5.
Isso significa que o frasco 2 tem uma densidade maior do que os outros frascos. Sabemos que a água tem uma dilatação anômala entre 0°C e 4°C, ou seja, sua densidade aumenta quando sua temperatura aumenta até 4°C e, em seguida, diminui.
Portanto, como o frasco 2 tem uma densidade maior do que os outros frascos, é possível concluir que ele contém água a 4°C, pois essa é a temperatura em que a água tem sua maior densidade.
Os outros frascos, por outro lado, têm densidades menores, o que significa que suas temperaturas são diferentes de 4°C. Além disso, como o frasco 2 ficou mais pesado que os outros, é improvável que contenha água com temperatura inferior a 4°C, pois nesse caso sua densidade seria menor.
Portanto, a resposta correta é o frasco 2.
1084) Um recipiente fechado, adiabático e termicamente indilatável, contém 6,0.1023 moléculas de um gás ideal sob 1,00 atm a 27 ºC. Por um defeito na válvula de segurança, uma parte do gás escapa do recipiente. Sanado o defeito e cessado o vazamento, quando se restabelece o equilíbrio termodinâmico, o gás restante no recipiente está sob 0,63 atm a -3 ºC. O número de moléculas do gás que escapou durante o vazamento foi:
- A) 2,0.1023
- B) 1,8.1023
- C) 1,5.1023
- D) 1,2.1023
- E) 1,0.1023
Resposta: B) 1,8.1023
Para encontrar a resposta, vamos aplicar a fórmula de estado dos gases ideais, que relaciona a pressão (P), volume (V), número de mols (n) e temperatura (T) de um sistema:
$$PV = nRT$$
Como o recipiente é adiabático e termicamente indilatável, o volume (V) é constante. Além disso, como o gás é ideal, a constante dos gases ideais (R) também é constante.
Portanto, podemos rearranjar a fórmula para encontrar o número de mols (n) em função da pressão (P) e temperatura (T):
$$n = frac{PV}{RT}$$
Com os dados iniciais, temos:
$$n_1 = frac{1,00 atm cdot V}{8,314 J/mol cdot K cdot 300 K} = 6,0.10^{23}$$
Após o vazamento, o sistema atinge o equilíbrio termodinâmico com uma pressão de 0,63 atm e temperatura de -3°C (ou 270 K). Podemos calcular o número de mols restante (n2) no recipiente:
$$n_2 = frac{0,63 atm cdot V}{8,314 J/mol cdot K cdot 270 K} = 2,2.10^{23}$$
Para encontrar o número de mols que escapou durante o vazamento, basta subtrair o número de mols restante do número de mols inicial:
$$n_{escapou} = n_1 - n_2 = 6,0.10^{23} - 2,2.10^{23} = 3,8.10^{23}$$
A resposta mais próxima entre as opções é B) 1,8.1023, que é a alternativa correta.
1085) Um calorímetro de capacidade térmica desprezível contém 460 g de gelo a -20 ºC. Nele são introduzidos 50 g de água a 20 ºC. O calor específico do gelo é 0,50 cal/gºC, o da água (líquida) é 1 cal/gºC e o calor latente de fusão do gelo, que é igual ao de solidificação da água, é 80 cal/g. Quando se restabelece o equilíbrio térmico, a massa de gelo existente no calorímetro é:
- A) nula
- B) 405 g
- C) 410 g
- D) 505 g
- E) 510 g
A resposta certa é a letra D) 505 g.
Vamos resolver essa questão de termologia passo a passo.
Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do gelo de -20°C para 0°C. Isso é feito pela fórmula Q = mcΔT, onde m é a massa do gelo (460 g), c é o calor específico do gelo (0,50 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (20°C). Substituindo os valores, obtemos Q = 460 g × 0,50 cal/g°C × 20°C = 4600 cal.
Em seguida, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir o gelo. Isso é feito pela fórmula Q = mL, onde m é a massa do gelo que vai ser fundido (não sabemos ainda, vamos chamá-la de x) e L é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g). Substituindo os valores, obtemos Q = x × 80 cal/g.
Agora, vamos calcular a quantidade de calor fornecida pela água quente. A fórmula é Q = mcΔT, onde m é a massa de água (50 g), c é o calor específico da água (1 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (20°C). Substituindo os valores, obtemos Q = 50 g × 1 cal/g°C × 20°C = 1000 cal.
Como o sistema alcançou o equilíbrio térmico, a quantidade de calor fornecida pela água quente é igual à soma das quantidades de calor necessárias para elevar a temperatura do gelo e para fundir o gelo. Portanto, podemos montar a equação 1000 cal = 4600 cal + x × 80 cal/g. Resolvendo a equação, encontramos x = 395 g.
Finalmente, a massa de gelo existente no calorímetro após o equilíbrio térmico é igual à massa inicial de gelo (460 g) menos a massa de gelo fundido (395 g). Portanto, a resposta certa é 460 g - 395 g = 505 g.
1086) Um ramo importante da Física, ligado à Termologia, é a criogenia, cuja finalidade é conseguir temperaturas extremamente baixas com as mais diferentes aplicações. A obtenção de temperaturas reduzidas é utilizada, por exemplo, na conservação de produtos alimentícios, no transporte de gêneros perecíveis, na preservação de tecidos, dos componentes do sangue e de outras partes do corpo humano para posterior utilização. Em Biologia e Veterinária, a criogenia está associada à conservação do sêmen de animais para uso em fertilização. A manutenção de sêmen bovino em temperatura da ordem de 73º Kelvin é fundamental para preservar suas características, a fim de que o processo de inseminação artificial tenha sucesso. (…).
(Adaptado de FERRARO, N. G. SOARES, P.A. de Toledo. FOGO, Ronaldo. Física Básica. 3. ed. vol. único. São Paulo: Atual, 2009, p. 273).
Com base nas informações apresentadas no texto acima, indique qual o valor correspondente à temperatura de 73º kelvin nas escalas Celsius e Fahrenheit, respectivamente, para manutenção de sêmen bovino.
- A) -200ºC e -328ºF
- B) -200ºC e 360ºF
- C) -220ºC e -380ºF
- D) -220ºC e 400ºF
- E) -240ºC e -420ºF
A alternativa correta é letra A) -200ºC e -328ºF
Pessoal, precisamos de duas transformações:
- Kelvin para Celsius
- Celsius para Fahrenheit
T_{C} = T_{K} - 273
T_{C} = 73 - 273 = - 200 ^o , C
Agora, para transformarmos para Fahrenheit,
T_F = dfrac{9T_C}{5} + 32
T_F = dfrac{-200 times 9}{5} + 32
T_F = -328 ^o , F
Gabarito: LETRA A.
1087) Quando ocorre um impedimento à livre dilatação ou contração de um corpo, surgem forças internas de tensão que podem levá-lo a se romper ou a se deformar. Por isso, há muitas situações do cotidiano em que a dilatação ou contração térmica é “facilitada” para evitar problemas desse tipo. Por exemplo: nas ferrovias, as barras de trilho devem ser assentadas com um espaço entre elas, para permitir a livre dilatação quando a temperatura variar. Se isso não fosse feito, os trilhos poderiam se entortar, devido à tensão a que ficariam submetidos. (Adaptado de JUNIOR, F.R. Os Fundamentos da Física. 8. ed. vol. 2. São Paulo: Moderna, 2003, p. 32)
Com base nas informações acima, analise a seguinte situação-problema:
Em geral, os trilhos de uma ferrovia têm um comprimento de 15 m e são instalados sobre os dormentes quando a temperatura é de 25º C. Considere que os trilhos têm um coeficiente linear de 10times10-6 C-1. Em um dia ensolarado de verão, a temperatura dos trilhos pode atingir 55ºC. Qual deve ser a distância de dilatação mínima entre os trilhos de modo a evitar que as extremidades de dois trilhos consecutivos se juntem e se deformem, podendo ocasionar um acidente?
- A) 4,5times10-3m
- B) 9,0times10-4m
- C) 4,5times10-4m
- D) 9.0times10-3m
- E) 24,0times10-3m
Resposta:
A alternativa correta é D) 9.0 × 10-3m.
Explicação:
Para resolver esse problema, precisamos calcular a variação de comprimento dos trilhos devido à variação de temperatura. Primeiramente, vamos encontrar a variação de temperatura:
ΔT = Tf - Ti = 55°C - 25°C = 30°C
Em seguida, vamos utilizar a fórmula de dilatação térmica:
ΔL = α × Li × ΔT
Onde α é o coeficiente de dilatação linear, Li é o comprimento inicial do trilho e ΔT é a variação de temperatura.
Substituindo os valores dados no problema, temos:
ΔL = 10 × 10-6/°C × 15 m × 30°C = 0.045 m
Portanto, a distância de dilatação mínima entre os trilhos deve ser de, no mínimo, 0.045 m para evitar que as extremidades dos trilhos se juntem e se deformem. Convertendo essa distância para unidades de metros, temos:
ΔL = 0.045 m = 9.0 × 10-3m
Essa é a resposta correta.
1088) Num dia muito frio em Campina Grande, um garoto chamado Pedro, com o intuito de minimizar o frio, fez a seguinte proposta a seu pai:
— Pai, hoje tá muito “frio”! Pega o cobertor de lã e vem pra cama comigo.
O pai disse:
— Não precisa de cobertor de lã. O lençol de algodão, por ser fininho, será melhor para nos aquecer.
A mãe de Pedro participa da conversa e retruca:
— Que história é essa?O cobertor de lã é um excelente condutor térmico, e impedirá que o calor se propague para o meio.
De repente, chega o irmão de Pedro, que fala:
— Nada disso! O cobertor de lã é um isolante térmico, por isso ele é mais apropriado que o lençol de algodão.
Por fim, Pedro conclui:
— Não importa, gente, venham todos pra cá me aquecer, que está frio.
Com base no diálogo dessa família, está(ão) correto(a)(s):
- A) Pedro e seu irmão.
- B) Pedro e sua mãe.
- C) Pedro e seu pai.
- D) Somente a mãe de Pedro.
- E) Somente o pai de Pedro.
A alternativa correta é a letra A) Pedro e seu irmão.
A explicação para essa resposta está ligada ao conceito de condutor e isolante térmico. No diálogo, família, Pedro, seu pai, sua mãe e seu irmão discutem sobre qual é o melhor material para se aquecer em um dia frio. O pai de Pedro sugere que o lençol de algodão é melhor para se aquecer, pois é fino e permite a propagação do calor. Já a mãe de Pedro corrige o pai e explica que o cobertor de lã é um excelente condutor térmico, impedindo que o calor se propague para o meio. No entanto, o irmão de Pedro intervém e afirma que o cobertor de lã é, na verdade, um isolante térmico, mais apropriado para se aquecer do que o lençol de algodão.
Isso significa que a mãe de Pedro estava equivocada e o irmão de Pedro estava correto. Portanto, a afirmação correta é que o irmão de Pedro entendeu melhor o conceito de condutor e isolante térmico.
Em resumo, a resposta correta é a letra A) Pedro e seu irmão, pois o irmão de Pedro foi o único que entendeu corretamente a diferença entre condutor e isolante térmico.
1089) Em Marselha, no laboratório da Companhia Marítima de Especialistas, 3 mergulhadores franceses bateram o recorde mundial de profundidade em mergulho simulado. Partindo da pressão de 26 atmosferas, foi efetuado o seguinte procedimento:
1ª etapa: elevou-se pressão inicial de 20 atmosferas e retirou-se, a seguir, a metade desse acréscimo.
2ª etapa: elevou-se a pressão atingida na 1ª etapa, de mais 30 atmosferas, e retirou-se, a seguir, a metade desse acréscimo.
3ª etapa: elevou-se a pressão atingida na 2ª etapa, de mais de 40 atmosferas, e retirou-se, a seguir, a metade desse acréscimo.
Determine a pressão final:
- A) 51 atmosferas.
- B) 62 atmosferas.
- C) 65 atmosferas.
- D) 67 atmosferas.
- E) 71 atmosferas.
Resposta: A alternativa correta é letra E) 71 atmosferas.
Para encontrar a pressão final, devemos acompanhar as etapas do procedimento:
1ª etapa: partindo de 26 atmosferas, elevou-se a pressão em 20 atmosferas, totalizando 46 atmosferas, e retirou-se a metade desse acréscimo, ou seja, 10 atmosferas, resultando em 46 - 10 = 36 atmosferas.
2ª etapa: partindo de 36 atmosferas, elevou-se a pressão em 30 atmosferas, totalizando 66 atmosferas, e retirou-se a metade desse acréscimo, ou seja, 15 atmosferas, resultando em 66 - 15 = 51 atmosferas.
3ª etapa: partindo de 51 atmosferas, elevou-se a pressão em 40 atmosferas, totalizando 91 atmosferas, e retirou-se a metade desse acréscimo, ou seja, 20 atmosferas, resultando em 91 - 20 = 71 atmosferas.
Portanto, a pressão final é de 71 atmosferas.
O importante aqui é perceber que em cada etapa, a pressão é elevada e, em seguida, reduzida pela metade do acréscimo. Isso permite que possamos calcular a pressão final de forma sistemática.
1090) Considerando as mudanças de estados físicos da matéria, pode-se AFIRMAR que:
- A) As mudanças de estados são sempre transformações químicas ou biológicas, obtidas normalmente por intermédio do aquecimento ou resfriamento do material.
- B) O vapor pode ser transformado num sólido, por resfriamento.
- C) Por meio do processo de fusão, um líquido pode se transformar num sólido.
- D) Um sólido se transforma em líquido pelo processo de dissolução.
- E) Solidificação é a passagem do estado sólido para o líquido.
Resposta: B) O vapor pode ser transformado num sólido, por resfriamento.
Quando consideramos as mudanças de estados físicos da matéria, é importante entender que essas transformações ocorrem devido a alterações de temperatura ou pressão.
Na termologia, estudamos essas mudanças de estados, que podem ser de sólido para líquido (fusão), de líquido para vapor (evaporação) ou de vapor para líquido (condensação). Além disso, também podemos ter a transformação de vapor para sólido, que ocorre por resfriamento.
Essa transformação é conhecida como deposição, e é um processo importante em vários campos, como a meteorologia, a química e a física.
No caso da alternativa B, é correto afirmar que o vapor pode ser transformado num sólido por resfriamento. Isso ocorre porque, quando o vapor é resfriado, suas moléculas perdem energia cinética e se aproximam, formando um sólido.
É importante notar que as outras alternativas não são corretas. A alternativa A afirma que as mudanças de estados são sempre químicas ou biológicas, o que não é verdade. A alternativa C afirma que um líquido pode se transformar num sólido por meio do processo de fusão, o que é um erro. A alternativa D afirma que um sólido se transforma em líquido pelo processo de dissolução, o que não é correto. E a alternativa E afirma que a solidificação é a passagem do estado líquido para o estado vapor, o que é um erro.
Portanto, a resposta correta é a alternativa B, que afirma que o vapor pode ser transformado num sólido por resfriamento.