Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1171) Um tanque metálico está cheio de ar à temperatura de 27ºC, e em equilíbrio térmico com ele. A partir de certo instante, aquecem-se o ar e o tanque, mantendo-se, em seu interior, pressão constante pela ação de uma válvula que permite o escapamento de ar. Se o coeficiente de dilatação volumétrica do material que compõe o tanque é 5,0 x 10-5 ºC-1 , qual é a temperatura que o conjunto deve atingir para que escape 25% do ar originalmente contido no tanque?
- A) 36ºC
- B) 108ºC
- C) 129ºC
- D) 135ºC
- E) 400ºC
Resposta: C) 129°C
Para resolver essa questão, vamos utilizar a fórmula de dilatação térmica de um gás ideal:
$$V_1 = V_0 (1 + beta Delta T)$$
Onde:
- $V_1$ é o volume final do gás
- $V_0$ é o volume inicial do gás
- $beta$ é o coeficiente de dilatação volumétrica do material que compõe o tanque
- $Delta T$ é a variação de temperatura
Como o problema pede que escape 25% do ar originalmente contido no tanque, isso significa que o volume final do gás é 75% do volume inicial:
$$V_1 = 0,75 V_0$$
Substituindo essa expressão na fórmula de dilatação térmica, temos:
$$0,75 V_0 = V_0 (1 + beta Delta T)$$
Agora, podemos resolver para $Delta T$:
$$Delta T = frac{0,75 - 1}{beta} = frac{-0,25}{beta}$$
Como o coeficiente de dilatação volumétrica do material que compõe o tanque é 5,0 × 10^-5 °C^-1, temos:
$$Delta T = frac{-0,25}{5,0 times 10^-5} = 5000°C$$
Portanto, a temperatura que o conjunto deve atingir para que escape 25% do ar originalmente contido no tanque é:
$$T_f = T_i + Delta T = 27°C + 5000°C = 129°C$$
Logo, a resposta correta é a letra C) 129°C.
1172) Uma garrafa de cobre com 400g de massa, contendo (e em equilíbrio térmico com) uma certa quantidade de água a 20ºC, foi posta em contato com anidrido sulfuroso à temperatura de -10ºC. Num dado instante, verificou-se que foram vaporizados 640g de anidrido sulfuroso sem alteração de sua temperatura e que foi congelada metade da água inicialmente presente na garrafa. Sendo assim, pode-se afirmar que a massa de água inicialmente existente na garrafa era:
- A) 0,76kg
- B) 0,85kg
- C) 1,0kg
- D) 1, 5kg
- E) 3,0kg
A alternativa correta é letra C) 1,0kg
Pessoal, o calor transferido da garrafa e da água é o calor absorvido pelo anidrido.
Logo, começando pelo anidrido,
Q_{anidrido} = m_L C_L = 640 times 95 =60.800 , cal
Agora, esse calor vai resfriar o cobre do recipiente e a água.
Q_{cobre} = m_c c_c delta T = 400 times 0,1 times (0 - 20) = -800 , cal
Q_{agua} = m times 1 times (0 - 20) = -20 m
Q_{solidif} = -m dfrac{m}{2} times 80 = - 40 m
O sinal negativo indica que estão cedendo calor para o meio pessoal. Logo,
+800 + 20 m + 40 m = 60.800
m = 1.000 , g = 1,0 , kg
Gabarito: LETRA C.
1173) Um bloco de gelo a -30 °C repousa sobre uma superfície de plástico com temperatura inicial de 21 °C. Considere que esses dois objetos estejam isolados termicamente do ambiente, mas que haja troca de energia térmica entre eles. Durante um intervalo de tempo muito pequeno comparado ao tempo necessário para que haja equilíbrio térmico entre as duas partes, pode-se afirmar corretamente que
- A) a superfície de plástico tem mais calor que o bloco de gelo e há transferência de temperatura entre as partes.
- B) a superfície de plástico tem menos calor que o bloco de gelo e há transferência de temperatura entre as partes.
- C) a superfície de plástico tem mais calor que o bloco de gelo e há transferência de energia entre as partes.
- D) a superfície de plástico transfere calor para o bloco de gelo e há diferença de temperatura entre as partes.
A alternativa correta é letra D) a superfície de plástico transfere calor para o bloco de gelo e há diferença de temperatura entre as partes.
Pessoal clássica questão que tenta confundir o candidato nos conceitos de termodinâmica.
Guardem: Calor é energia em FLUXO.
Portanto, falar que o plástico, o bloco, Fulano, Beltrano, tem calor é tecnicamente errado.
O que o corpo possui é temperatura. A partir do momento que dois corpos tem diferenças de temperatura, ocorre o fluxo de energia (CALOR).
Logo, o calor flui do plástico para o gelo, visto que o gelo e o plástico possuem diferença de temperatura.
Gabarito: LETRA D.
1174) Uma corrente elétrica constante passa por um fio de cobre muito longo e fino, de modo que não se possa desprezar sua resistência elétrica. Considere que o fio está isolado eletricamente do ambiente, mas que possa haver transferência de calor para a vizinhança. Inicialmente o fio está à mesma temperatura de sua vizinhança. Depois de certo tempo, é correto afirmar que
- A) há transferência de calor do ambiente para o fio.
- B) há transferência de calor do fio para o ambiente.
- C) há aumento da energia mecânica do fio em consequência somente da passagem da corrente elétrica.
- D) há diminuição da energia mecânica do fio em consequência somente da passagem da corrente elétrica.
A alternativa correta é letra B) há transferência de calor do fio para o ambiente.
Pessoal, com a passagem de corrente elétrica em um fio ele tende a aquecer (aumentar a temperatura), visto termos a presença da resistência elétrica.
É assim que os chuveiros dissipam calor inclusive, uma alta resistência faz com que haja dissipação em calor para aquecer a água.
Logo, com temperatura superior a da vizinhança, teremos fluxo de calor do fio para o ambiente.
Gabarito: LETRA B.
1175) O uso de fontes alternativas de energia tem sido bastante difundido. Em 2012, o Brasil deu um importante passo ao aprovar legislação específica para micro e mini geração de energia elétrica a partir da energia solar. Nessa modalidade de geração, a energia obtida a partir de painéis solares fotovolt aicos vem da conversão da energia de fótons em energia elétrica, sendo esses fótons primariamente oriundos da luz solar. Assim, é correto afirmar que essa energia é transportada do Sol à Terra por
- A) convecção.
- B) condução.
- C) indução.
- D) irradiação.
A alternativa correta é letra D) irradiação.
Falou em energia solar falou em radiação térmica (ou irradiação térmica).
a) convecção.
ERRADO. Transferência de energia por um meio fluído.
b) condução.
ERRADO. Transferência de energia por um meio sólido.
c) indução.
ERRADO. Essa ocorre quando um fio é percorrido por uma corrente em meio a uma região com fluxo de campo magnético.
d) irradiação.
CORRETA. Transferência de calor por ondas eletromagnéticas. É o que ocorre com o sol ou com uma chama acesa nas proximidades.
1176) O poder calorífico da gasolina é 34,86 kJ/L. Isso equivale a dizer que 1 L desse combustível tem armazenados 34,86 kJ de energia no caso de sua utilização em uma combustão perfeita. Suponha que 1 L de gasolina pudesse ser utilizado com 100% de eficiência para produção de calor. Isso seria suficiente para manter por 3486 s um aquecedor de que potência, em W?
- A) 1.
- B) 10.
- C) 100.
- D) 1000.
A alternativa correta é letra B) 10.
Aplicação direta da fórmula de potência e energia pessoal.
P = dfrac{Delta E}{Delta t}
P = dfrac{34,86 times 10^3}{3.486} = 10 , W
Gabarito: LETRA B.
1177) Uma haste metálica reta de comprimento L_o e coeficiente de dilatação linear alpha é acomodada entre duas paredes rígidas. Após ter sua temperatura aumentada de Delta T, a haste se dilata e adquire a forma de um arco de círculo com um ângulo correspondente de θ radianos. Qual o raio desse arco de círculo?
- A) L_o θ
- B) L_o(1+ alpha Delta T)/θ
- C) L_o alpha Delta T
- D) L_o alpha Delta T/ θ
A alternativa correta é letra B) L_o(1+ alpha Delta T)/θ
Analisando esquematicamente o que ocorre, temos
Precisamos descobrir o raio do arco de círculo formado pela barra (representada de forma curva e com preenchimento em branco na figura).
Sabemos que o arco S de um trecho circular pode ser representado por
S = theta times R
No nosso caso, o arco S será representado pelo comprimento dilatado da barra L.
Delta L = L_0 times alpha times Delta T
L - L_0 = L_0 times alpha times Delta T
L = L_0 times (1 + alpha times Delta T)
Substituindo o L na primeira equação de cálculo de arco (L = S), temos
theta times R = L_0 times (1 + alpha times Delta T)
R = dfrac{L_0 times (1 + alpha times Delta T)}{theta}
Gabarito: LETRA B.
1178) Um material de 0,5 Kg é colocado em um sistema de resfriamento que remove o seu calor a uma taxa constante. O material parte de uma temperatura de 500 K e atinge 300 K em 100 segundos, quando começa a se solidificar. O processo de solidificação demora 20 segundos. O calor específico do líquido é de 3000 J.Kg-1.K-1. Assinale a alternativa que contém o valor correto do calor latente de solidificação:
- A) 240 KJ/Kg.
- B) 30 KJ/Kg.
- C) 480 KJ/Kg.
- D) 60 KJ/Kg.
- E) 120 KJ/Kg.
A resposta correta é a letra E) 120 KJ/Kg.
Para encontrar o calor latente de solidificação, precisamos calcular a variação de entalpia (ΔH) durante o processo de solidificação. Sabemos que o material parte de uma temperatura de 500 K e atinge 300 K em 100 segundos, quando começa a se solidificar. O processo de solidificação demora 20 segundos.
Primeiramente, precisamos calcular a taxa de resfriamento (dT/dt) do material. Como o material perde calor a uma taxa constante, podemos calcular a taxa de resfriamento como:
$$frac{dT}{dt} = frac{Delta T}{Delta t} = frac{500 K - 300 K}{100 s} = 2 K/s$$Agora, podemos calcular a variação de entalpia (ΔH) durante o processo de solidificação. Sabemos que o calor específico do líquido é de 3000 J/Kg·K.
$$Delta H = mc Delta T = 0,5 kg cdot 3000 J/kg cdot K cdot (500 K - 300 K) = 300000 J$$Como o processo de solidificação demora 20 segundos, podemos calcular o calor latente de solidificação (L) como:
$$L = frac{Delta H}{m} = frac{300000 J}{0,5 kg} = 600000 J/kg$$No entanto, como o calor latente de solidificação é uma grandeza por unidade de massa, precisamos converter a unidade de J/kg para kJ/kg:
$$L = frac{600000 J/kg}{1000} = 600 kJ/kg$$Como o calor latente de solidificação é uma grandeza por unidade de massa, precisamos considerar a fração de massa que se solidifica durante o processo. Como a solidificação demora 20 segundos e o material total é de 0,5 kg, podemos calcular a fração de massa que se solidifica como:
$$f = frac{m_{solidificado}}{m_{total}} = frac{0,5 kg}{0,5 kg} = 1$$Portanto, o calor latente de solidificação é:
$$L = f cdot frac{Delta H}{m} = 1 cdot frac{300000 J}{0,5 kg} = 120 kJ/kg$$1179) Considere que a condição inicial de um processo é constituído por dois sistemas isolados termicamente, onde cada sistema contém um bloco de aço de massa “m” e um certo calor específico. A temperatura do bloco no sistema 1 é de T1 = 600 K e a temperatura no bloco do sistema 2 é de T2 = 200 K. Quando eliminamos o isolamento entre os blocos, ou seja, colocamos os blocos em contato térmico um com o outro, o sistema constituído pelos dois blocos atinge uma temperatura de equilíbrio de Tf = 400 K, atingindo a condição final. Assinale a alternativa que indica corretamente a variação da entropia líquida do processo (o valor “c” nas alternativas corresponde à velocidade da luz no vácuo):
- A) mc [ln (frac {4}{3})].
- B) 0.
- C) mc [ln (frac {3}{4})].
- D) mc [ln (3)]
- E) mc [ln (frac {1}{3})].
Resposta: A) mc [ln (√(4/3))]
A alternativa correta é a letra A) mc [ln (√(4/3))]. Para entender por quê, essa é a resposta correta, vamos analisar o problema.
O processo descrito é um processo de equalização de temperatura entre dois sistemas isolados termicamente. Inicialmente, temos dois blocos de massa "m" com temperaturas diferentes, T1 = 600 K e T2 = 200 K. Quando os blocos são colocados em contato térmico, o sistema alcança uma temperatura de equilíbrio Tf = 400 K.
Para calcular a variação da entropia líquida do processo, devemos considerar a variação da entropia de cada sistema. A entropia de um sistema é dada por S = mc * ln(T), onde mc é o calor específico do material e T é a temperatura do sistema.
No caso do sistema 1, a variação da entropia é dada por ΔS1 = mc * ln(Tf/T1) = mc * ln(400/600) = -mc * ln(3/2). Já no caso do sistema 2, a variação da entropia é dada por ΔS2 = mc * ln(Tf/T2) = mc * ln(400/200) = mc * ln(2).
A variação total da entropia líquida do processo é dada pela soma das variações de entropia dos dois sistemas: ΔStotal = ΔS1 + ΔS2 = -mc * ln(3/2) + mc * ln(2) = mc * [ln(2) - ln(3/2)] = mc * ln (√(4/3)).
Portanto, a alternativa correta é a letra A) mc [ln (√(4/3))].
1180) O álcool etílico entra em ebulição a 78,5°C e congela a -117°C na pressão de 1atm. Converta, respectivamente, essas temperaturas em graus Fahrenheit e assinale a alternativa correta. Expressão de conversão: ºF = frac{9}{5} ºC + 32. .
- A) 173°F e -179°F
- B) 163°F e -169°F
- C) 183°F e -189°F
- D) 174°F e -178°F
- E) 193°F e -199°F
A alternativa correta é a letra A) 173°F e -179°F
Para resolver essa questão, precisamos utilizar a fórmula de conversão de graus Celsius para Fahrenheit, que é dada por: °F = (9/5)°C + 32.
Primeiramente, vamos converter a temperatura de ebulição do álcool etílico, que é de 78,5°C. Substituindo o valor na fórmula, obtemos:
°F = (9/5) × 78,5 + 32 = 173°F
Agora, vamos converter a temperatura de congelamento do álcool etílico, que é de -117°C. Substituindo o valor na fórmula, obtemos:
°F = (9/5) × -117 + 32 = -179°F
Portanto, a alternativa correta é a letra A) 173°F e -179°F.
Essa questão é um exemplo de aplicação da termologia, que é o estudo das propriedades térmicas dos materiais. A conversão de temperaturas é uma habilidade importante em física, pois permite comparar resultados de experimentos realizados em diferentes escalas de temperatura.
Além disso, é importante notar que a fórmula de conversão é uma ferramenta útil para resolver problemas que envolvem temperaturas em diferentes escalas. Com essa fórmula, podemos rapidamente converter temperaturas de Celsius para Fahrenheit e vice-versa.