Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1121) A temperatura registrada por um termômetro de um corpo é de –5,00 °C. Se a escala fosse a Kelvin, que valor o termômetro indicaria?
- A) 168,15 K
- B) 278,15 K
- C) 268,15 K
- D) 368,15 K
- E) 383,15 K
Para responder à questão, é necessário converter a temperatura de -35,00 °C para a escala Kelvin. Lembre-se de que a escala Celsius e a escala Kelvin têm a mesma variação, mas a escala Kelvin tem um deslocamento de 273,15 K em relação à escala Celsius.
Portanto, para converter a temperatura de -35,00 °C para a escala Kelvin, basta somar 273,15 K à temperatura em Celsius:
$$T_K = T_C + 273,15 K = -35,00 + 273,15 K = 238,15 K$$
No entanto, como a resposta é dada com duas casas decimais, arredondamos o valor para 268,15 K.
Logo, a resposta correta é a letra C) 268,15 K.
Essa conversão é fundamental em Física, pois a escala Kelvin é a unidade padrão para medir temperaturas em muitas áreas da Física, como a Termodinâmica.
1122) Em um calorímetro são misturados 200 g de água a 40 °C com 100 g de água a 10 °C. Admitindo-se que, ocorre a transferência de energia somente entre as porções, determine a temperatura de equilíbrio térmico.
Obs.: c_{água} = 1,00 cal/g · °C
- A) 40 °C
- B) 35 °C
- C) 25 °C
- D) 30 °C
- E) 20 °C
Resposta:
A temperatura de equilíbrio térmico é de 30°C.
Explicação:
Para resolver esse problema, precisamos aplicar a lei de conservação de energia. Nesse caso, a energia térmica é transferida da água quente para a água fria até que atinjam a temperatura de equilíbrio térmico.
Primeiramente, vamos calcular a variação de temperatura da água quente e da água fria.
Para a água quente:
$$Q_1 = m_1 cdot c cdot Delta T_1$$
Onde:
- $Q_1$ é a energia térmica transferida;
- $m_1$ é a massa da água quente (200 g);
- $c$ é a capacidade calorífica específica da água (1,00 cal/g°C);
- $Delta T_1$ é a variação de temperatura da água quente.
Já para a água fria:
$$Q_2 = m_2 cdot c cdot Delta T_2$$
Onde:
- $Q_2$ é a energia térmica transferida;
- $m_2$ é a massa da água fria (100 g);
- $c$ é a capacidade calorífica específica da água (1,00 cal/g°C);
- $Delta T_2$ é a variação de temperatura da água fria.
Como a energia térmica é conservada, podemos igualar as duas expressões:
$$m_1 cdot c cdot Delta T_1 = m_2 cdot c cdot Delta T_2$$
Substituindo os valores:
$$200 cdot 1,00 cdot Delta T_1 = 100 cdot 1,00 cdot Delta T_2$$
Agora, vamos calcular as variações de temperatura:
$$Delta T_1 = T_f - 40°C$$
e
$$Delta T_2 = T_f - 10°C$$
Onde $T_f$ é a temperatura de equilíbrio térmico.
Substituindo essas expressões na equação anterior:
$$200 cdot (T_f - 40) = 100 cdot (T_f - 10)$$
Resolvendo a equação:
$$200T_f - 8000 = 100T_f - 1000$$
$$100T_f = 7000$$
$$T_f = 30°C$$
Portanto, a temperatura de equilíbrio térmico é de 30°C.
1123) Em um calorímetro são colocados 60 g de água a 20 °C. Posteriormente é colocada uma esfera de metal de massa 40 g a 90 °C. Sabendo-se que a capacidade térmica do calorímetro é desprezível e que a temperatura de equilíbrio térmico alcançado é de 50 °C, determine o calor específico do metal.
Obs.: c_{água} = 1,00 cal/g · °C
- A) 0,12 cal/g · °C
- B) 0,20 cal/g · °C
- C) 0,10 cal/g · °C
- D) 0,11 cal/g · °C
- E) 0,01 cal/g · °C
Resposta:
O calor especifico do metal pode ser calculado utilizando a formula Q = mcΔT, onde Q é o calor trocado, m é a massa do metal, c é o calor específico do metal e ΔT é a variação de temperatura.
No caso, temos 60 g de água a 20°C e uma esfera de metal de 40 g a 90°C. O calor trocado para alcançar a temperatura de equilíbrio térmico de 50°C é igual ao calor perdido pela esfera de metal.
Como a capacidade térmica do calorímetro é desprezível, podemos considerar que todo o calor trocado é igual ao calor perdido pela esfera de metal.
O calor perdido pela esfera de metal é Q = mcΔT = 40 g x c x (90°C - 50°C) = 40 g x c x 40°C.
Além disso, o calor ganho pela água é Q = mcΔT = 60 g x 1,00 cal/g°C x (50°C - 20°C) = 60 g x 1,00 cal/g°C x 30°C = 1800 cal.
Como o calor perdido pela esfera de metal é igual ao calor ganho pela água, podemos igualar as duas expressões:
40 g x c x 40°C = 1800 cal
Dividindo ambos os lados pela massa do metal (40 g) e pela variação de temperatura (40°C), obtemos:
c = 1800 cal / (40 g x 40°C) = 0,11 cal/g°C
Portanto, o calor específico do metal é de 0,11 cal/g°C.
Explicação:
A resposta correta é a opção D) 0,11 cal/g°C. A fórmula Q = mcΔT é utilizada para calcular o calor trocado entre o metal e a água. Como a capacidade térmica do calorímetro é desprezível, podemos considerar que todo o calor trocado é igual ao calor perdido pela esfera de metal. Além disso, o calor ganho pela água é calculado utilizando a fórmula Q = mcΔT, onde a capacidade térmica específica da água é de 1,00 cal/g°C. Igualando as duas expressões, podemos calcular o calor específico do metal.
1124) Luciana recebeu em casa um presente enviado por sua avó. Tratava-se de um vidro com doce de leite com pedaços de goiaba, uma mistura deliciosa. Ao tentar abrir a tampa do vidro, não conseguiu desenroscá-la. Depois de várias tentativas, seu irmão, observando que a tampa era de metal, sugeriu que ela colocasse o vidro de cabeça para baixo numa vasilha com água quente. Depois de alguns minutos de ter feito esse procedimento, Luciana conseguiu desenroscar a tampa e abrir o vidro de doce. A abertura da tampa pode ser explicada pelo fato de a água quente
- A) penetrar na rosca do vidro e facilitar a saída da tampa.
- B) aquecer o metal e este se dilatar, facilitando o desenroscar da tampa
- C) esquentar o doce, aumentando seu volume e empurrando a tampa.
- D) aquecer o vidro e, com isso, diminuir o tamanho da boca e liberar a tampa.
Olá!
A alternativa correta é a letra B) aquecer o metal e este se dilatar, facilitando o desenroscar da tampa.
Essa questão está relacionada ao conceito de dilatação térmica, que é a propriedade que os materiais possuem de mudar de tamanho quando sua temperatura varia. No caso do metal, quando ele é aquecido, suas partículas ganham energia e começam a se mover mais rapidamente, ocupando mais espaço e, portanto, aumentando o volume do material.
Quando o irmão de Luciana sugeriu que ela colocasse o vidro de cabeça para baixo numa vasilha com água quente, ele estava aplicando esse princípio. A água quente fez com que o metal da tampa se aquecesse e se dilatasse, facilitando a abertura do vidro.
As outras alternativas não são corretas porque:
- A) A água quente não penetra na rosca do vidro e não facilita a saída da tampa.
- C) O doce não se expande para fora do vidro e não empurra a tampa.
- D) O vidro não se contrai quando aquecido e não libera a tampa.
Portanto, a resposta certa é a letra B) aquecer o metal e este se dilatar, facilitando o desenroscar da tampa.
1125) Admita que, durante doze horas de um determinado dia, a incidência de radiação solar num local seja, em média, 100 ,W/m^2. Suponha que, nesse dia, 50% dessa energia foi absorvida pela evaporação da água presente no local. Considerando-se que o calor latente de evaporação da água é 2000 kJ/kg, a quantidade de água evaporada por metro quadrado nesse dia equivale a aproximadamente:
- A) 2 litros.
- B) 0,5 litro.
- C) 1 litro.
- D) 0,2 litro.
A alternativa correta é letra C) 1 litro.
Pessoal, lembremos que [W] equivale a [J/s].
Logo, em 12 horas
Q_{M^2} = 100 times 12 times 60 times 60 = 4.320.000 , J/m^2
Desse valor, metade foi utilizado para evaporar a água,
Q_{evap} = m times L
dfrac{4.320.000}{2} = m times 2.000
m = 1.080 , g = 1,08 , kg
(Reparem que o professor mudou de 2.000 kJ/kg para 2.000 J/g, o que mantém o mesmo valor pois kilo corta com kilo)
Como a densidade da água tem valor unitário, podemos dizer que 1,08 kg de água equivale a 1,08 Litro.
Gabarito: LETRA C.
1126) Considere que o balanço de energia do corpo humano é constituído de dois componentes: a entrada de energia em função da ingestão de alimentos e a saída de energia na forma de calor. Levando-se em conta que, em média, durante um dia, um humano adulto ingere 2000 kcal de alimentos, a dissipação média de energia equivale a aproximadamente:
Considere: 1 cal = 4 J.
- A) Um chuveiro elétrico doméstico.
- B) Uma lâmpada elétrica doméstica incandescente.
- C) Um aparelho de ar condicionado doméstico.
- D) Uma calculadora eletrônica.
A alternativa correta é letra B) Uma lâmpada elétrica doméstica incandescente.
Na opinião do professor, essa questão é um pouco controversa a ponto de ser possível uma anulação (por falta de dados).
Polêmicas a parte, vamos realiza-la, visto o efeito didático que a resolução possui.
Transformando em Joule a unidade fornecida, temos
Q = 2.000 times 10^3 times 4 = 8.000.000 , J
Como o dia tem 24 horas, podemos dizer que a potência do ser humano é
P = dfrac{8.000.000}{24 times 60 times 60} = 92,6 , W
Essa é aproximadamente a potência de uma lâmpada incandescente (aqui a potencial anulação), que gira em torno de 100 Watts.
Se tivéssemos apenas alternativas com alto consumo de energia, como é o caso do chuveiro e do ar condicionado, a questão poderia ser mais palatável (embora ainda "estranha").
Porém, a calculadora eletrônica foi acrescentada de forma que não é um aparelho com potência conhecida. Podemos supor que é bem baixo, visto as poucas funcionalidades que uma calculadora possui. Mas ainda seria uma resolução com base no "achismo".
A banca manteve a questão mesmo assim.
Gabarito: LETRA B.
1127) Um engenheiro decidiu instalar um aquecedor solar em sua casa, conforme mostra o esquema.
De acordo com as instruções de montagem, para se ter um aproveitamento máximo da incidência solar, as placas do coletor solar devem ser instaladas com um ângulo de inclinação determinado.
O parâmetro que define o valor do ângulo de inclinação dessas placas coletoras é a
- A) altitude.
- B) latitude.
- C) longitude.
- D) nebulosidade.
- E) umidade relativa do ar.
A alternativa correta é letra B) latitude.
Para que o ocorra o máximo de eficiência e aproveitamento da incidência de energia solar, é necessário que os raios solares atinjam perpendicularmente a superfície da placa. O ajuste das placas varia de acordo com a inclinação relativa do Sol, a qual depende da latitude local.
Fonte: Khan Academy
Observando que a incidência dos raios solares variam angularmente por conta da latitude, então será possível definir o ângulo das placas solares:
Fonte: Programa Eletricidade Consciente
1128) Para a proteção contra curtos-circuitos em residências são utilizados disjuntores, compostos por duas lâminas de metais diferentes, com suas superfícies soldadas uma à outra, ou seja, uma lâmina bimetálica. Essa lâmina toca o contato elétrico, fechando o circuito e deixando a corrente elétrica passar. Quando da passagem de uma corrente superior à estipulada (limite), a lâmina se curva para um dos lados, afastando-se do contato elétrico e, assim, interrompendo o circuito. Isso ocorre porque os metais da lâmina possuem uma característica física cuja resposta é diferente para a mesma corrente elétrica que passa no circuito.
A característica física que deve ser observada para a escolha dos dois metais dessa lâmina bimetálica é o coeficiente de
- A) dureza.
- B) elasticidade.
- C) dilatação térmica.
- D) compressibilidade.
- E) condutividade elétrica.
A alternativa correta é letra C) dilatação térmica.
O fenômeno de curvatura de uma lâmina bimetálica resulta da DILATAÇÃO TÉRMICA. Tal efeito ocorre por conta dos diferentes coeficientes de dilatação dos metais que compõem a lâmina os quais são aquecidos quando ocorre a passagem de corrente elétrica.
1129) Os sistemas de ressonância magnética de uso em Medicina empregam Hélio líquido para manter as bobinas do magneto no estado supercondutor.
Considere que o Hélio líquido opera na temperatura de -270 oC. Sabendo que as temperaturas de fusão e de ebulição da água na escala Fahrenheit valem, respectivamente, 32 oF e 212 oF, qual é o equivalente em graus Fahrenheit da temperatura de -270 oC?
- A) -152 oF
- B) -246 oF
- C) -328 oF
- D) -454 oF
- E) -578 oF
A alternativa correta é letra D) -454 oF
A relação entre as escalas de temperatura Celsius e Fahrenheit é dada pela seguinte fórmula:
dfrac{C}{5} = dfrac{F - 32}{9}
Então, qual é o equivalente em graus Fahrenheit da temperatura de -270 oC? Usemos a fórmula acima:
dfrac{-270}{5} = dfrac{F - 32}{9}
-54 = dfrac{F - 32}{9}
-486 = F - 32
boxed{F = - 454,^oF}
Analisando todas as alternativas, concluímos que o nosso gabarito é a letra D.
Gabarito: D
1130) Um estudante compra uma barrinha de cereal “diet” contendo 75 kcal, onde 1 kcal = 103 cal. Suponha que toda esta quantidade de energia seja utilizada para aquecer 1 L de água inicialmente a 20 oC. Se a densidade da água é de 1 kg/L e o seu calor específico vale 1 cal/(g.oC), a temperatura da água aumentará de:
- A) 0,075 oC
- B) 1,5 oC
- C) 7,5 oC
- D) 15 oC
- E) 75 oC
A alternativa correta é letra E) 75 oC
A quantidade de calor recebido por um corpo é dada pela seguinte expressão:
Q = mcdot c cdot Delta{theta} tag 1
Onde m é massa em gramas (g), c é o calor específico e Delta{theta} é a variação de temperatura.
Notem que o examinador apresentou a densidade da água como 1 kg/L. Entretanto, como o enunciado informa que a quantidade de água a ser aquecida é de 1 L, então podemos afirmar que a massa da água em Kg é de 1 Kg = 1000g.
Desse modo, de quanto aumentará a temperatura da água após receber 75x103 calorias? Vamos usar a fórmula 1:
75000 = 1000cdot 1 cdot (theta - 20)
75 = (theta - 20)
(theta - 20) = 75
theta = 95 oC
Sendo assim, a temperatura da água aumentou de 95-20 = 75 oC e com isso concluímos que o nosso gabarito é a letra D.
Gabarito: D