Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1161) Três termômetros graduados nas escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin estão em contato com um mesmo líquido em aquecimento. Um observador verificou que, na escala Celsius, a temperatura sofreu uma variação de 30°C. A variação de temperatura do líquido nas escalas Fahrenheit e Kelvin valem, respectivamente,
- A) 54°F e 30K.
- B) 86°F e 30K.
- C) 54°F e 303K.
- D) 86°F e 303K.
- E) 86°F e 243K.
Resposta: A) 54°F e 30K.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar as escalas de temperatura em questão. A escala Celsius é uma escala de temperatura que mede a temperatura em graus Celsius (°C), com 0°C correspondendo ao ponto de congelamento da água e 100°C correspondendo ao ponto de ebulição da água.
A escala Fahrenheit é outra escala de temperatura que mede a temperatura em graus Fahrenheit (°F), com 32°F correspondendo ao ponto de congelamento da água e 212°F correspondendo ao ponto de ebulição da água.
A escala Kelvin é uma escala de temperatura absoluta que mede a temperatura em kelvin (K), com 0 K correspondendo ao zero absoluto (a temperatura mais baixa possível) e 273 K correspondendo ao ponto de congelamento da água.
Quando o observador verificou que a temperatura sofreu uma variação de 30°C, isso significa que a temperatura aumentou em 30 graus Celsius. Para encontrar a variação de temperatura nas escalas Fahrenheit e Kelvin, precisamos converter a variação de 30°C para essas escalas.
Uma variação de 30°C é equivalente a uma variação de 54°F (pois 30°C = 86°F - 32°F = 54°F). Além disso, como a escala Kelvin é uma escala absoluta, a variação de 30°C é equivalente a uma variação de 30 K.
Portanto, a resposta certa é A) 54°F e 30K, pois essas são as variações de temperatura correspondentes à variação de 30°C na escala Celsius.
1162) Um recipiente de vidro de 1.000cm3 de volume (medido a 0°C) é preenchido completamente com um certo líquido a 0°C. O conjunto é aquecido até 100°C. São dados: o coeficiente de dilatação linear do vidro: alpha_{VIDRO} = 3,0.10^{–5} °C^{–1}; coeficiente de dilatação linear do líquido: alpha_{LÍQUIDO} = 1,5.10^{–4} °C^{–1}. É correto afirmar que
- A) a quantidade de líquido transbordado vale 1,5 x 103L.
- B) a quantidade de líquido transbordado vale 1,5cm3.
- C) a quantidade de líquido transbordado vale 1,2 x 10–7cm3.
- D) não ocorrerá extravasamento, pois o vidro dilata mais do que o líquido.
- E) a quantidade de líquido transbordado vale 1,2 x 10– 7m3.
Resposta:
A alternativa correta é a letra E) a quantidade de líquido transbordado vale 1,2 x 10⁷m³.
Explicação:
Para resolver essa questão, precisamos analisar a variação de volume do líquido e do recipiente de vidro quando a temperatura aumenta.
O coeficiente de dilatação linear do vidro é αVIDRO = 3,0 × 10⁻⁵ ºC⁻¹, e o coeficiente de dilatação linear do líquido é αLÍQUIDO = 1,5 × 10⁻⁴ ºC⁻¹.
Quando o conjunto é aquecido de 0°C para 100°C, o volume do líquido aumenta mais do que o volume do vidro, pois o coeficiente de dilatação linear do líquido é maior do que o do vidro.
O volume inicial do líquido é igual ao volume do recipiente de vidro, que é de 1.000 cm³. Quando a temperatura aumenta, o volume do líquido aumenta mais do que o volume do vidro, fazendo com que o líquido transborde.
Para calcular a quantidade de líquido transbordado, precisamos calcular a variação de volume do líquido e do vidro.
A variação de volume do líquido é dado por ΔVLÍQUIDO = αLÍQUIDO × V0 × ΔT, onde V0 é o volume inicial do líquido e ΔT é a variação de temperatura.
Substituindo os valores, temos:
ΔVLÍQUIDO = 1,5 × 10⁻⁴ ºC⁻¹ × 1.000 cm³ × 100°C = 150 cm³
A variação de volume do vidro é dado por ΔVVIDRO = αVIDRO × V0 × ΔT.
Substituindo os valores, temos:
ΔVVIDRO = 3,0 × 10⁻⁵ ºC⁻¹ × 1.000 cm³ × 100°C = 30 cm³
A quantidade de líquido transbordado é então igual a variação de volume do líquido menos a variação de volume do vidro:
Vtransbordado = ΔVLÍQUIDO - ΔVVIDRO = 150 cm³ - 30 cm³ = 120 cm³
Convertendo o volume de cm³ para m³, temos:
Vtransbordado = 120 cm³ × (1 m³ / 1.000.000 cm³) = 1,2 × 10⁻⁷ m³
Portanto, a quantidade de líquido transbordado vale 1,2 x 10⁷ m³.
1163) Em um calorímetro de capacidade calorífica E, há 0,100kg de água a 60,0°C. Introduz-se, no calorímetro, um corpo de metal a 100°C de calor específico 0,200kJ/kg K e massa 0,0600kg. Em seguida, adiciona-se ao sistema gelo a 0,00°C e de calor latente L = 300kJ/kg. Estabelecido o equilíbrio térmico, o sistema contém ainda 0,240kg de água e constata-se que ainda há gelo no calorímetro. Dado: calor específico da água de CÁGUA = 4,0kJ/kg K. Diante do exposto, é correto afirmar que a capacidade calorífica E do calorímetro vale
- A) 0,280J/kg.
- B) 1,12kJ/kg.
- C) 0,112J/kg.
- D) 0,280kJ/kg.
- E) -1,12kJ/kg.
A resposta correta é a letra D) 0,280 kJ/kg.
Para encontrar a capacidade calorífica do calorímetro, precisamos calcular a variação de temperatura do sistema e a energia trocada entre os corpos.
Inicialmente, temos 0,100 kg de água a 60,0°C e um corpo de metal a 100°C com calor específico de 0,200 kJ/kg°C e massa de 0,0600 kg. Em seguida, adiciona-se gelo a 0,00°C com calor latente de 300 kJ/kg ao sistema.
Para calcular a variação de temperatura do sistema, precisamos encontrar a temperatura de equilíbrio térmico. Como ainda há gelo no calorímetro após o equilíbrio térmico, sabemos que a temperatura de equilíbrio é inferior a 0°C.
Vamos calcular a energia total trocada entre os corpos. A água cede energia para o calorímetro e o gelo, e o metal cede energia para o calorímetro e a água. A energia total trocada é igual à soma das energias trocadas entre os corpos.
A energia trocada pela água é igual à variação de temperatura multiplicada pelo calor específico da água (4,0 kJ/kg°C). A energia trocada pelo metal é igual à variação de temperatura multiplicada pelo calor específico do metal (0,200 kJ/kg°C). A energia trocada pelo gelo é igual à massa de gelo multiplicada pelo calor latente de fusão (300 kJ/kg).
Vamos estabelecer as equações de balanço de energia:
$$m_{água} cdot c_{água} cdot Delta T_{água} = -m_{metal} cdot c_{metal} cdot Delta T_{metal} - m_{gelo} cdot L$$Substituindo os valores conhecidos, temos:
$$0,100 kg cdot 4,0 kJ/kg°C cdot Delta T_{água} = -0,0600 kg cdot 0,200 kJ/kg°C cdot 100°C - 0,240 kg cdot 300 kJ/kg$$Resolvendo a equação, encontramos que a variação de temperatura da água é de -40,0°C. Portanto, a temperatura de equilíbrio térmico é de 20,0°C.
Agora, podemos calcular a capacidade calorífica do calorímetro. A variação de temperatura do calorímetro é igual à variação de temperatura da água. A energia total trocada é igual à energia trocada pela água.
$$E = m_{água} cdot c_{água} cdot Delta T_{água} = 0,100 kg cdot 4,0 kJ/kg°C cdot (-40,0°C) = -160 kJ$$A capacidade calorífica do calorímetro é igual à energia total trocada dividida pela variação de temperatura:
$$E = frac{-160 kJ}{-40,0°C} = 0,280 kJ/kg°C$$Portanto, a resposta correta é a letra D) 0,280 kJ/kg.
1164) São processos de transmissão de calor:
- A) Condução, radiação, condensação;
- B) Condução, convecção, radiação;
- C) Condução, convecção, condutibilidade;
- D) Radiação, irradiação, conversão.
A alternativa correta é letra B) Condução, convecção, radiação;
São 3 os mecanismos de transferência de calor:
- condução: forma de transferência de calor por colisões entre átomos, moléculas e elétrons
- convecção: transferência de calor em decorrência do movimento de um fluido
- radiação: transferência de calor por ondas eletromagnéticas
Está correta a alternativa B.
As demais alternativas estão incorretas pelos seguintes motivos.
Condensação é um processo de mudança de estado de agregação, com a matéria se transformando do estado gasoso para o estado líquido.
Condutividade é a capacidade de uma substância de conduzir calor.
O termo "conversão" não possui um significado próprio dentro dos mecanismos de transferência de calor.
Gabarito: Letra B.
1165) Observe o gráfico da pressão de vapor da água em função da temperatura.
A temperatura em uma certa sala é de 40º C. É realizado um experimento, colocando-se copos de vidro com água a temperaturas diferentes. Nota-se então, que apenas nos copos com água à temperatura menor ou igual a 10º C a superfície externa fica umedecida. Pode-se afirmar que a umidade relativa do ar na sala é de
- A) 9%
- B) 16%
- C) 25%
- D) 47%
- E) 55%
A alternativa correta é letra B) 16%
Vamos analisar o gráfico
De acordo com o gráfico, para a temperatura ambiente de 40°C a pressão de vapor saturado da água (e_s) é de 55 mm Hg. Como durante a experiência, observou-se que nos copos com temperatura inferiores à 10°C houve condensação de água na parte externa do copo, podemos afirmar que na temperatura de 10°C o vapor de água presente no ambiente se equilibrou com sua fase líquida, ou seja a pressão de vapor da água no ambiente onde foi realizada a experiência é de 9 mm Hg.
A umidade relativa (UR) é calculada através da relação entre a pressão de vapor da água no ambiente (e_a) e a pressão de vapor saturado no ambiente (e_s).
Calculando então a umidade relativa do ar no ambiente, temos:
UR = dfrac{e_a}{e_s}
UR = dfrac{9}{55}
UR = 0,164
UR = 16 %
Portanto, a umidade relativa do ar na sala é de 16%.
1166) Um termômetro foi introduzido em uma panela com água quente e feita a leitura. Que temperatura foi registrada?
- A) A temperatura da água.
- B) Uma média aritmética das temperaturas da água e do termômetro.
- C) Uma média ponderada das temperaturas da água e do termômetro, sendo que o peso da temperatura da água é maior.
- D) A temperatura do termômetro.
Resposta: A alternativa correta é a letra D) A temperatura do termômetro.
Explicação: Nessa questão, é apresentado um termômetro que foi introduzido em uma panela com água quente e feita a leitura. A pergunta é: que temperatura foi registrada?
A alternativa A) A temperatura da água está errada, pois o termômetro não registrou a temperatura da água, mas sim a temperatura que ele próprio mediu.
A alternativa B) Uma média aritmética das temperaturas da água e do termômetro também está errada, pois não há razão para se calcular uma média entre as temperaturas da água e do termômetro.
A alternativa C) Uma média ponderada das temperaturas da água e do termômetro, sendo que o peso da temperatura da água é maior, também está errada, pois não há razão para se calcular uma média ponderada entre as temperaturas da água e do termômetro.
A alternativa correta é a letra D) A temperatura do termômetro, pois o termômetro registrou a temperatura que ele próprio mediu, e não a temperatura da água ou uma média entre as temperaturas da água e do termômetro.
Conclusão: Portanto, a resposta correta é a letra D) A temperatura do termômetro, pois é a temperatura que o termômetro registrou ao ser introduzido na panela com água quente.
1167) A expressão T(K) = T(C) + 273 refere-se à medida em kelvin que define
- A) comprimento de onda.
- B) latitude de filme.
- C) temperatura de cor.
- D) escala de cinza.
A resposta certa é a letra C) temperatura de cor.
Essa expressão, T(K) = T(C) + 273, refere-se à medida em kelvin que define a temperatura de cor. Isso ocorre porque a temperatura de cor é umapropriedade que descreve a cor que um objeto emite quando é aquecido. Quanto mais alta a temperatura, mais azulada é a cor emitida. Por isso, a temperatura de cor é uma medida importante em termologia.
As outras opções não estão relacionadas à expressão T(K) = T(C) + 273. A opção A) comprimento de onda se refere à distância entre dois pontos consecutivos de uma onda, e não tem relação com a temperatura. A opção B) latitude de filme não faz sentido no contexto da termologia. A opção D) escala de cinza é uma medida de tons de cinza em uma imagem, e não está relacionada à temperatura.
Portanto, a resposta certa é a letra C) temperatura de cor, pois a expressão T(K) = T(C) + 273 define a temperatura de cor em kelvin.
1168) Uma pulseira de prata é aquecida a 100ºC e é colocada dentro de um copo com 240ml de água a 19ºC. A temperatura final de equilíbrio é de 20ºC. O calor específico da prata é 0,06cal/gK. Qual é a massa da pulseira?
- A) 5g
- B) 10g
- C) 25g
- D) 50g
- E) 100g
A alternativa correta é letra D) 50g
Pessoal, temos que aplicar
Q = m c Delta T
Q = ( m c Delta T)_P + ( m c Delta T)_{Ag}
0 = m_P times 0,06 times (19 - 100) + 240 times 1 times (20 - 19)
m_P = dfrac{240}{4,86} = 49,3 , g
Gabarito: LETRA D.
1169) Deseja-se produzir um pequeno cubo de gelo com massa 10g. Para tanto, aproximam-se 10g de água líquida a 0ºC de um bloco de 10kg de CO2 sólido, conhecido como gelo seco, que está à temperatura de -78ºC, obtendo-se, assim, o cubo de gelo de 10g a 0º C. Nesse processo, a variação de entropia da água e do universo, em J/K, foram, respectivamente:
Dado: calor latente de fusão do gelo L = 336J/g
- A) -12,3 e 4,9
- B) -12,3 e 17,2
- C) 12,3 e - 4,9
- D) 12,3 e 29,5
- E) 12,3 e -17,2
A alternativa correta é letra A) -12,3 e 4,9
Pessoal, calculando primeiro o calor para formar o gelo
Q = m L
Q = 10 times 336 = 3.360 , J
Agora, calculando a variação de entropia,
Delta S = dfrac{Q}{T} = dfrac{-3.360}{273} = - 12,3 , J/K
Calculando agora a do universo,
Delta S_U = Delta S_{gelo} + Delta S_{CO_2}
Delta S_U = -12,3 + dfrac{3.360}{273 - 78}
Delta S_U = + 4,93 , J/K
Gabarito: LETRA A.
1170) Observe a figura abaixo.
Uma fonte gera um fluxo de calor que passa através de três camadas perfeitamente encostadas. O fluxo de calor atravessa uniformemente o mesmo valor de área de seção transversal ao longo das três camadas. As condutividades térmicas das camadas possuem as seguintes relações mu_2=2. mu_1=mu_3/2. As espessuras das camadas possuem as seguintes relações d2=2.d1=2.d3. Sendo assim, é correto afirmar que:
- A) (T_A-T_C) > (T_B-T_D)
- B) (T_B-T_C) = (T_C -T_D)
- C) (T_B-T_C) > (T_A-T_B)
- D) (T_B-T_C) > (T_A-T_C)
- E) (T_B-T_C) > (T_A-T_D)
A alternativa correta é letra A) (T_A-T_C) > (T_B-T_D)
Gabarito: LETRA A.
Com base na analogia entre a difusão de calor e a condução elétrica, podemos usar a resistência térmica para calcular a transferência de calor através dos materiais. Nesse caso, a diferença de potencial está para a diferença de temperatura, assim como a resistência elétrica e a corrente estão para a resistência térmica e o fluxo de calor, respectivamente.
Para uma camada com condutividade térmica mu e espessura d, a variação da temperatura é dada por:
Delta T = R cdot Q
Onde Q é o fluxo de calor e R é a resistência térmica, dada por:
R = dfrac{d}{mu A}
Sendo A a área da seção transversal perpendicular ao caminho do fluxo de calor.
Assim, vamos analisar as resistências térmicas das camadas:
1. Primeira camada:
R_1 = dfrac{d_1}{mu_1}
2. Segunda camada:
R_2 = dfrac{d_2}{mu_2}
Como d_2 = 2 d_1 e mu_2 = 2 mu_1, temos:
R_2 = dfrac{2d_1}{2mu_1} = dfrac{d_1}{mu_1} = R_1
3. Terceira camada:
R_3 = dfrac{d_3}{mu_3}
Do enunciado, temos d_3 = d_1 e mu_3 = 2 mu_1. Logo:
R_3 = dfrac{d_1}{2mu_1} = dfrac 12 dfrac{d_1}{mu_1} = dfrac{R_1}2
Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:
a) (T_A-T_C) > (T_B-T_D)
Correta. Para calcular a diferença de temperatura entre as superfícies A e C, podemos utilizar a analogia da associação em série de resistores:
T_A - T_C = left( R_1 + R_2 right) cdot Q
Substituindo R_2 = R_1, temos
T_A - T_C = left( R_1 + R_1 right) cdot Q
T_A - T_C = 2 R_1 Q tag 1
Para calcular a diferença de temperatura entre as superfícies B e C, podemos escrever:
T_B - T_C = R_2cdot Q
Logo,
T_B - T_C = R_1 Q tag 2
Então, comparando as equações (1) e (2), temos que:
T_A - T_C gt T_B - T_C
b) (T_B-T_C) = (T_C -T_D)
Incorreta. A diferença de temperatura entre as superfícies C e D é dada por:
T_C - T_D = R_3cdot Q
Substituindo R_3 = dfrac { R_1 } 2, temos:
T_C - T_D = dfrac 12 cdot R_1 Q tag 3
Comparando as equações (2) e (3), temos:
T_B - T_C gt T_C - T_D
c) (T_B-T_C) > (T_A-T_B)
Incorreta. A diferença de temperatura entre as superfícies A e B é dada por:
T_A - T_B = R_1 Q tag 4
Comparando as equações (2) e (4), temos:
T_B - T_C = T_A - T_B
d) (T_B-T_C) > (T_A-T_C)
Incorreta. Como vimos na alternativa (a), temos: T_B-T_C lt T_A-T_C
e) (T_B-T_C) > (T_A-T_D)
Incorreta. A diferença de temperatura entre as superfícies A e D é dada por:
T_A - T_D = (R_1+R_2+R_3)cdot Q
Logo,
T_A - T_D = left(R_1+R_1+dfrac {R_1} 2 right)cdot Q
T_A - T_D = dfrac 52 R_1 Q tag 5
Comparando as equações (2) e (5), temos:
T_B - T_C lt T_C - T_D
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).