Questões Sobre Termologia - Física - concurso

A pessoa pagou R$ 66,00 para encher o recipiente com um líquido a 100°C até o volume máximo permitido. Ao retornar à tarde, a pessoa verificou que o líquido extravasou, pois durante o dia a temperatura chegou a 30°C e permaneceu com esse valor durante algumas horas.

Para calcular o prejuízo, precisamos calcular a variação de volume do líquido devido à expansão térmica. A expansão térmica do líquido é dada pela fórmula:

ΔV = γ * V * ΔT

onde γ é o coeficiente de dilatação térmica do líquido, V é o volume inicial do líquido e ΔT é a variação de temperatura.

No caso, o coeficiente de dilatação térmica do líquido é de 1,0 × 10^(-3) °C^(-1). O volume inicial do líquido é o volume máximo permitido pelo recipiente, que é desconhecido. A variação de temperatura é de 30°C (temperatura final) - 100°C (temperatura inicial) = -70°C.

Substituindo os valores, temos:

ΔV = 1,0 × 10^(-3) °C^(-1) * V * (-70°C)

Para calcular o prejuízo, precisamos calcular a quantidade de líquido que extravasou. Isso pode ser feito calculando a variação de volume e multiplicando pelo preço do líquido.

O preço do líquido é de R$ 66,00 por volume máximo permitido. Como a variação de volume é de ΔV, o prejuízo é de:

Prejuízo = ΔV * R$ 66,00 / V

Substituindo os valores, temos:

Prejuízo = 1,0 × 10^(-3) °C^(-1) * V * (-70°C) * R$ 66,00 / V

Simplificando, temos:

Prejuízo = R$ 1,32

Portanto, o prejuízo da pessoa foi de R$ 1,32.

A alternativa correta é a letra E) R$ 1,32.

A resposta correta é a letra E) Somente II e IV estão corretas.

Para entendermos melhor essa questão, termologia, vamos analisar cada afirmação:

I. A resistência de um fio condutor elétrico independe das dimensões do material que o compõe. ERRADA

A resistência de um fio condutor elétrico depende das dimensões do material que o compõe, como o comprimento, a área da seção transversal e o material utilizado.

II. A resistividade de um metal condutor elétrico varia linearmente com a temperatura, para valores de temperatura próximos a 20°C. CERTA

Sim, é verdade que a resistividade de um metal condutor elétrico varia linearmente com a temperatura, para valores de temperatura próximos a 20°C. Isso ocorre porque a resistividade é afetada pela vibração dos átomos do metal, que aumenta com a temperatura.

III. Em um fio de material condutor elétrico ôhmico, a corrente entre duas seções transversais do fio independe da diferença de potencial entre elas. ERRADA

A corrente em um fio de material condutor elétrico ôhmico depende da diferença de potencial entre as duas seções transversais do fio, pois é proporcional à diferença de potencial aplicada e inversamente proporcional à resistência do fio.

IV. A resistência de um material condutor elétrico ôhmico independe da diferença de potencial ou da corrente que circula no mesmo. CERTA

Sim, é verdade que a resistência de um material condutor elétrico ôhmico independe da diferença de potencial ou da corrente que circula no mesmo, pois a resistência é uma propriedade intrínseca do material e não é afetada pelas condições de uso.

Portanto, apenas as afirmativas II e IV estão corretas, o que faz da letra E a resposta correta.

Resposta

A alternativa correta é a letra E) -113°C e 500J.

Para entender melhor essa resposta, vamos analisar o problema. Temos uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot, retirando calor de uma fonte quente a 127°C e rejeitando calor para uma fonte fria a uma temperatura T_F. O rendimento da máquina é de 60%, e o calor rejeitado para a fonte fria em um ciclo é de 200J.

Para encontrar a temperatura T_F da fonte fria e o calor retirado da fonte quente, podemos utilizar as fórmulas do ciclo de Carnot. O rendimento da máquina térmica é dado por:

Onde η é o rendimento, T_F é a temperatura da fonte fria e T_H é a temperatura da fonte quente. Substituindo os valores dados, temos:

Resolvendo para T_F, encontramos:

Agora, podemos encontrar o calor retirado da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria é de 200J, e o rendimento da máquina é de 60%. Isso significa que o calor retirado da fonte quente é:

Portanto, a alternativa correta é a letra E) -113°C e 500J.

Para resolver este problema, vamos considerar a equação de Fourier para a condução de calor:

$$frac{partial Q}{partial t} = k cdot A cdot frac{partial T}{partial x}$$

Onde $Q$ é o calor, $k$ é a condutividade térmica, $A$ é a área de seção transversal, $T$ é a temperatura e $x$ é a distância em relação à fonte quente.

No nosso caso, sabemos que a temperatura da fonte quente é de 100°C e a temperatura da fonte fria é de 0°C. Além disso, sabemos que a condutividade térmica da barra é de 200 W/m°C.

Para calcular o tempo necessário para que todo o gelo se transforme em água a 0°C, precisamos calcular a quantidade de calor necessário para fundir todo o gelo.

A quantidade de calor necessário é igual ao calor de fusão da água multiplicado pela massa do gelo:

$$Q = m cdot L_f = 200g cdot 330 cdot 10^3 J/kg = 66 cdot 10^3 J$$

Agora, podemos usar a equação de Fourier para calcular o tempo necessário:

$$frac{partial Q}{partial t} = k cdot A cdot frac{partial T}{partial x} Rightarrow t = frac{Q}{k cdot A cdot frac{partial T}{partial x}}$$

Substituindo os valores conhecidos, obtemos:

$$t = frac{66 cdot 10^3 J}{200 W/m°C cdot 20 cm^2 cdot frac{100°C - 0°C}{40 cm}} = 11 min$$

Portanto, a alternativa correta é a letra C) 11,0 min.

Essa resposta é correta porque consideramos a equação de Fourier para a condução de calor e calculamos a quantidade de calor necessário para fundir todo o gelo. Além disso, utilizamos os valores conhecidos da condutividade térmica da barra e da área de seção transversal para calcular o tempo necessário.

Para que as porcas descolem dos parafusos, inutilizados devido à oxidação, é necessário utilizar a técnica correta que explora as propriedades termicas dos materiais envolvidos.

Quando um material é aquecido, sua temperatura aumenta e, consequentemente, seu comprimento também aumenta. Isso ocorre porque as partículas do material começam a se mover mais rapidamente, ocupando mais espaço. Já quando um material é esfriado, sua temperatura diminui e seu comprimento também diminui, pois as partículas do material começam a se mover mais lentamente, ocupando menos espaço.

No caso dos parafusos e porcas, é importante considerar os coeficientes de dilatação linear dos materiais envolvidos. O coeficiente de dilatação linear de um material é a razão entre o aumento de comprimento do material e o aumento de temperatura. Quanto maior o coeficiente de dilatação linear, mais o material se expande quando aquecido.

Observando a tabela, vemos que o coeficiente de dilatação linear do cobre é maior que o do ferro e do alumínio. Isso significa que, quando o cobre é aquecido, ele se expande mais que o ferro e o alumínio.

Agora, vamos analisar as opções:

A) A técnica I (aquecer) pode ser utilizada tanto para o conjunto cobre-ferro quanto para o conjunto cobre-alumínio. Isso ocorre porque, ao aquecer o conjunto, o cobre se expande mais que o ferro e o alumínio, fazendo com que as porcas se soltem.

B) A técnica I (aquecer) pode ser utilizada para o conjunto cobre-ferro, e a técnica II (esfriar) pode ser utilizada para o conjunto cobre-alumínio. Isso não é verdade, pois a técnica I é mais eficaz para ambos os conjuntos.

C) A técnica II (esfriar) pode ser utilizada tanto para o conjunto cobre-ferro quanto para o conjunto cobre-alumínio. Isso não é verdade, pois a técnica II não é tão eficaz quanto a técnica I.

D) A técnica II (esfriar) pode ser utilizada para o conjunto cobre-ferro, e a técnica I (aquecer) pode ser utilizada para o conjunto cobre-alumínio. Isso é verdade! Ao esfriar o conjunto cobre-ferro, o ferro se contrai mais que o cobre, fazendo com que as porcas se soltem. Já ao aquecer o conjunto cobre-alumínio, o cobre se expande mais que o alumínio, fazendo com que as porcas se soltem.

Portanto, a resposta correta é a opção D) A técnica II (esfriar) pode ser utilizada para o conjunto cobre-ferro, e a técnica I (aquecer) pode ser utilizada para o conjunto cobre-alumínio.

Resposta: C) capacidade térmica e calor específico.

Essa resposta está correta porque as duas grandezas definidas são, capacidade térmica e calor específico. A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um sistema em um grau Celsius, enquanto o calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grau Celsius em uma unidade de massa do sistema.

A capacidade térmica é uma propriedade intensiva, ou seja, não depende da quantidade de substância presente, enquanto o calor específico é uma propriedade extensiva, ou seja, depende da quantidade de substância presente. Por exemplo, a capacidade térmica da água é de 4,18 J/g°C, enquanto o calor específico da água é de 1 cal/g°C.

É importante notar que a capacidade térmica e o calor específico são grandezas diferentes, mas relacionadas. A capacidade térmica é uma medida da habilidade de um sistema em absorver ou liberar calor, enquanto o calor específico é uma medida da quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um sistema.

Portanto, a alternativa C) capacidade térmica e calor específico é a resposta correta.

Resposta: A alternativa correta é a letra B) o calor específico do alumínio é menor que o calor específico da água.

Para entender essa resposta, it's essential to understand the concept of specific heat capacity. Specific heat capacity is the amount of heat energy required to raise the temperature of a unit mass of a substance by 1°C. In other words, it's a measure of how much energy is needed to change the temperature of a substance.

In the given problem, we have 200 grams of water at 60°C and 200 grams of aluminum spheres at 30°C. When we mix them together in a calorimeter, the temperature eventually stabilizes at 54°C, which is the equilibrium temperature. Since the calorimeter is a closed system, there is no heat loss or gain to the surroundings.

Now, let's analyze the options:

• A) The specific heat capacity of water is less than that of aluminum. This is incorrect, as the specific heat capacity of water is approximately 4.184 J/g°C, while that of aluminum is around 0.897 J/g°C.
• B) The specific heat capacity of aluminum is less than that of water. This is correct, as shown by the values mentioned above.
• C) Water receives more heat than aluminum to reach thermal equilibrium. This is incorrect, as the equilibrium temperature is 54°C, which is closer to the initial temperature of water (60°C) than that of aluminum (30°C). This implies that aluminum receives more heat than water to reach equilibrium.
• D) Aluminum receives more heat than water to reach thermal equilibrium. This is incorrect, as explained in the previous point.

Therefore, the correct answer is option B) the specific heat capacity of aluminum is less than that of water.

Resposta: A) diminuiu a sua temperatura;

O fenômeno observado pode ser explicado pela diferença de capacidade térmica específica entre os materiais. A capacidade térmica específica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa de um material em um grau Celsius.

No sistema termicamente isolado, a esfera de alumínio tem uma menor capacidade térmica específica em comparação com as esferas de prata e cobre. Isso significa que a esfera de alumínio absorve menos calor para elevar sua temperatura em um grau Celsius do que as outras esferas.

Portanto, quando o sistema alcança o equilíbrio térmico, a esfera de alumínio tende a ter uma temperatura menor do que as esferas de prata e cobre. Isso ocorre porque a esfera de alumínio não é capaz de absorver tanto calor quanto as outras esferas, portanto, sua temperatura aumenta menos.

Em resumo, a esfera de alumínio diminuiu sua temperatura em relação às outras esferas porque tem uma menor capacidade térmica específica.

Explicação adicional:

É importante notar que a capacidade térmica específica é uma propriedade intrínseca dos materiais e depende da sua estrutura atômica e molecular. Em geral, os metais têm uma menor capacidade térmica específica do que os não-metais.

Além disso, é importante lembrar que, em um sistema termicamente isolado, a energia total é conservada, ou seja, a soma da energia térmica de todas as esferas é constante. Portanto, quando uma esfera absorve calor, as outras esferas cedem calor para manter o equilíbrio térmico.

Essas ideias fundamentais são essenciais para compreender os fenômenos térmicos e são amplamente aplicadas em various áreas da física e engenharia.