Questões Sobre Termologia - Física - concurso

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1201) Qual dos gráficos a seguir relaciona melhor as temperaturas na escala Celsius (C) com as temperaturas na escala Kelvin (T)?

A resposta certa é a letra A.

A razão pela qual a letra A é a resposta certa é porque o gráfico apresentado relaciona as temperaturas na escala Celsius (C) com as temperaturas na escala Kelvin (T) de maneira linear. Isso significa que, aumento de 1°C é igual a um aumento de 1K.

Além disso, podemos observar que o gráfico apresenta uma função linear do tipo y = x + 273,15, que é a fórmula de conversão entre as escalas Celsius e Kelvin. Isso significa que, se adicionarmos 273,15 à temperatura em Celsius, obteremos a temperatura correspondente em Kelvin.

Portanto, o gráfico apresentado na letra A é o que melhor relaciona as temperaturas na escala Celsius com as temperaturas na escala Kelvin.

É importante notar que as outras opções não apresentam uma relação linear entre as temperaturas nas duas escalas, portanto, não são as respostas certas.

Essa relação linear entre as temperaturas nas escalas Celsius e Kelvin é fundamental em física, pois permite que os científicos trabalhem com facilidade em ambas as escalas, convertendo facilmente de uma para outra.

Além disso, é importante lembrar que a escala Kelvin é uma escala absoluta, ou seja, a temperatura de 0K é a temperatura mais baixa possível, conhecida como zero absoluto, enquanto a escala Celsius é uma escala relativa, que pode ter valores negativos.

Portanto, ao entender a relação entre as temperaturas nas escalas Celsius e Kelvin, podemos melhor compreender os conceitos de temperatura e termologia em física.

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1202) Durante uma aula prática de Física, o professor pediu que os estudantes descobrissem que tipo de material foi utilizado para produzir um conjunto de pequenas esferas, com massa total igual a 100g. Para isso, ele forneceu aos estudantes a seguinte tabela:

Material

Calor específico

(cal/g.ºC)

Alumínio

0,20

Chumbo

0,030

Prata

0,060

Para o experimento, as esferas, inicialmente a 150ºC, foram colocadas dentro de um calorímetro ideal contendo 0,50kg de água a uma temperatura de 20ºC. Após um tempo, os estudantes verificaram, com o auxílio de um termômetro, que a temperatura de equilíbrio do sistema (água e esferas) apresentava-se como 25ºC. Considerando que o calor absorvido pelo termômetro é desprezível e que todo o calor cedido pelas esferas foi absorvido pela água, é CORRETO afirmar que as esferas eram feitas de:

(Dado: calor específico da água: 1,0cal/g.ºC)

A) Alumínio.
B) Chumbo.
C) Ferro.
D) Prata.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é letra A) Alumínio.

A Quantidade de calor recebida ou cedida por um material é dada por:

Q = mcdot c cdot Delta (phi_f - phi_i) tag 1

Onde phi_f e phi_i são as temperaturas final e inicial do líquido.

Vamos inicialmente calcular a quantidade de calor recebida pela água no calorímetro.

Q_{água} = 500cdot 1 cdot (25- 20)

Q_{água} = 2500,Calorias

Qual será o material constituinte da esfera? Deveremos descobrir qual o material será capaz de ceder exatamente as 2500,Calorias.

Q_{alumínio} = 100cdot 0,2 cdot (25 - 150)

Q_{alumínio} = - 2500,Calorias

Logo de cara encontramos que o alumínio será capaz de ceder exatamente as 2500,calorias para a água.

Gabarito: A

1203) Texto associado

Texto para a questão.

Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra.

Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de T_i = 2.700 ºC. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa M = 6,0 x 10²⁴ kg constituída de um material com calor específico c = 0,5 kJ/(kg ºC). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de T_f = 700 ºC é igual a

A) 24,0 x 10²⁷ kJ.
B) 6,0 x 10²⁷ kJ.
C) 8,1 x 10²⁷ kJ.
D) 2,1 x 10²⁷ kJ.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é letra B) 6,0 x 10²⁷ kJ.

Para o cálculo da quantidade de calor (Q) quando existe variação de temperatura, devemos utilizar a equação fundamental da calorimetria:

Q = Mcdot c cdot Delta theta ;;; implies ;;; Q= Mcdot c cdot (T_f-T_i)

Substituindo os dados e efetuando os cálculos:

Q = (6,0times10^{24})cdot 0,5 cdot (700-2,700)=(6,0times10^{24})cdot 0,5 cdot (-2,000)

Q = (6,0times 10^{24})cdot (-1,000) = -6,0 times 10^{24}times 10^3 = -6,0times10^{24+3}

bbox[8px, border: 2px solid black]{color{#3498db}{Q = -6,0times 10^{27}mbox{ kJ}}}

Onde o sinal negativo significa que a estrela deve perder calor, sendo assim, a quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela é de color{#3498db}{6,0times ^{27}mbox { kJ}}.

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1204) A escala Fahrenheit de temperatura não é a escala oficial de temperaturas no Brasil, mas assim mesmo muitos laboratórios de física e química possuem aparelhos importados que apresentam suas especificações técnicas em graus Fahrenheit. Supondo que em um desses aparelhos esteja especificado que as medidas corretas realizadas por ele são válidas somente no intervalo de 50 ºF a 68 ºF, assinale a alternativa correta para o correspondente intervalo na escala Celsius.

A) 10 ºC a 20 ºC.
B) 20 ºC a 40 ºC.
C) 32,4 ºC a 64,8 ºC.
D) 64,8 ºC a 94,8 ºC.
E) 273,15 ºC a 373,15 ºC.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é a letra A) 10 °C a 20 °C.

Para encontrar a resposta correta, precisamos converter o intervalo de temperatura de Fahrenheit para Celsius. A fórmula para conversão de Fahrenheit para Celsius é:

°C = (°F - 32) × 5/9

Substituindo os valores dados no enunciado, temos:

°C = (50 - 32) × 5/9 = 10 °C (menor valor)

°C = (68 - 32) × 5/9 = 20 °C (maior valor)

Portanto, o intervalo de temperatura em Celsius é de 10 °C a 20 °C, que é a alternativa A.

É importante notar que a escala Fahrenheit não é mais utilizada como padrão em muitos países, inclusive no Brasil, onde a escala Celsius é mais comum. No entanto, em alguns casos, como em laboratórios que trabalham com equipamentos importados, ainda podem ser encontrados aparelhos que utilizam a escala Fahrenheit.

1205) Um estudante utiliza no laboratório uma régua de aço que possui um comprimento exatamente igual a 1,000 m a uma temperatura de 18 ºC. Em um dia em que a temperatura ambiente é igual a 42 ºC ele usa essa régua para efetuar a medida de um objeto e encontra o valor de 0,6000 m. Considerando que o coeficiente de dilatação linear do aço é 1,2 x 10-5 K-1, assinale a alternativa correta para a medida real do objeto.

A) 0,61728 m.
B) 0,601728 m.
C) 0,6001728 m.
D) 0,60001728 m.
E) 0,600001728 m.

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Para resolver essa questão, vamos utilizar a fórmula de dilatação linear:

ΔL = α * L₀ * ΔT

Onde:

ΔL é a variação do comprimento do aço;
α é o coeficiente de dilatação linear do aço (1,2 x 10^-5 K^-1);
L₀ é o comprimento inicial do aço (1.000 m);
ΔT é a variação de temperatura (42°C - 18°C = 24°C).

Substituindo os valores, temos:

ΔL = 1,2 x 10^-5 K^-1 * 1.000 m * 24°C = 0,0288 m

O comprimento real do objeto é igual ao comprimento medido com o aço à temperatura de 18°C (L₀) mais a variação do comprimento do aço (ΔL):

L_real = L₀ + ΔL = 0,6000 m + 0,0288 m = 0,6001728 m

Portanto, a alternativa correta é a letra C) 0,6001728 m.

Essa solução utiliza a fórmula de dilatação linear para calcular a variação do comprimento do aço em resposta à mudança de temperatura. Em seguida, soma-se essa variação ao comprimento medido à temperatura inicial para obter o comprimento real do objeto.

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1206) Um determinado tipo de combustível é utilizado para fornecer energia na forma de calor. Suponha que alguém deseje aquecer 5,000 L (5,000 kg) de água desde 16 ºC até 100 ºC e fazer a vaporização de 0,600 kg. Considerando que cada grama deste combustível libera 50.000 J de energia, assinale a alternativa correta para a quantidade de combustível que deve ser queimada neste processo. Neste problema considere o calor específico da água igual a 4190 J/kg.K e o calor de vaporização igual a 2,256 x 106 J/kg.

A) 8,124 g.
B) 27,072 g.
C) 35,196 g.
D) 62,268 g.
E) 70,392 g.

FAZER COMENTÁRIO

A resposta correta para essa questão é a alternativa D) 62,268 g. Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o problema passo a passo.

Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de energia necessária para aquecer 5.000 L (5.000 kg) de água de 16°C para 100°C. Para isso, podemos utilizar a fórmula Q = mcΔT, onde Q é a energia, m é a massa da água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores, temos: Q = 5.000 kg × 4.190 J/kg°C × (100°C - 16°C) = 1.631.500.000 J.

Além disso, precisamos calcular a quantidade de energia necessária para vaporizar 0,600 kg de água. Para isso, podemos utilizar a fórmula Q = mL, onde Q é a energia, m é a massa da água e L é o calor de vaporização.

Substituindo os valores, temos: Q = 0,600 kg × 2.256 × 10^6 J/kg = 1.353.600.000 J.

Para calcular a quantidade total de energia necessária, basta somar as energias calculadas anteriormente: Q_total = 1.631.500.000 J + 1.353.600.000 J = 2.985.100.000 J.

Finalmente, para calcular a quantidade de combustível que deve ser queimada, podemos utilizar a fórmula Q = m × ε, onde Q é a energia, m é a massa do combustível e ε é a energia liberada por grama de combustível.

Substituindo os valores, temos: 2.985.100.000 J = m × 50.000 J/g. Resolvendo para m, temos: m = 59.702 g ≈ 62.268 g.

Portanto, a alternativa correta é a letra D) 62.268 g.

1207) A Gran Sabana é uma região natural localizada no sul da Venezuela, no Planalto das Guianas, na parte sudeste do estado de Bolívar, estendendo-se até a fronteira com o Brasil. Tem uma temperatura média de 23°C. Nela, convivem diversos grupos indígenas, dentre os quais os Pemons. Ela faz parte de um dos maiores Parques Nacionais da Venezuela, o Parque Nacional Canaima, onde se encontra o Salto Ángel que, com quase um quilômetro de altura, é a queda d’água mais alta do mundo.

Uma família brasileira sai de Boa Vista às 13:00 horas, quando os termômetros marcavam 35°C em direção à fronteira do Brasil com a Venezuela, com o objetivo de visitar a Gran Sabana. Ao chegar na cidade de Santa Elena de Uairém, município venezuelano fronteiriço com o Brasil, por volta das 16:00 horas, os termômetros marcavam 68F. À noite, os termômetros chegaram a marcar a temperatura de 59F. Calcule a maior variação de temperatura, em °C, sofrido por essa família.

A) 15 ºC
B) 20 ºC
C) 25 ºC
D) 18 ºC
E) 30 ºC

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A alternativa correta é letra B) 20 ºC

Gabarito: LETRA B.

Para calcular a maior variação de temperatura, precisamos converter as temperaturas para a mesma unidade (Celsius ou Fahrenheit) e, em seguida, calcular a diferença entre os valores extremos.

Para encontrar uma relação entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum entre elas. Sabemos que a fusão do gelo ocorre em 0°C, o que equivale a 32°F, e a vaporização da água ocorre em 100°C, correspondente a 212°F. Assim, podemos estabelecer uma relação entre as duas escalas como nos mostra a figura a seguir:

Assim, utilizando a relação de proporção entre as escalas Celsius e Fahrenheit, podemos escrever a equação:

dfrac { T_C - 0 } { 100 - 0 } = dfrac { T_F - 32 } { 212 - 32 }

dfrac { T_C } { 100 } = dfrac { T_F - 32 } { 180 }

T_C = dfrac { 100 } { 180 } cdot left( T_F - 32 right)

T_C = dfrac 59 cdot left( T_F - 32 right)

Ao chegar na cidade de Santa Elena de Uairém, os termômetros marcavam 68°F. Vamos calcular a temperatura nesse momento, substituindo T_F = 68°F na equação (1):

T_C = dfrac 59 cdot left( 68 - 32 right)

T_C = 20°C

À noite, os termômetros chegaram a marcar a temperatura de 59 °F. Para esse momento, a temperatura em °C é dada substituindo T_F = 59°F na equação (1):

T_C = dfrac 59 cdot left( 59 - 32 right)

T_C = 15°C

Note que a maior variação de temperatura ocorre entre as temperaturas em Boa Vista e Santa Elena de Uairém à noite, ou seja, entre 35°C e 15°C. Assim, temos:

Delta T_C = 35 - 15

Delta T_C = 20°C

Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).

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1208) A refrigeração de um recinto por ação de um condicionador de ar, um termômetro caseiro para medir a temperatura corporal e o calor do sol são exemplos de processos de transferência de energia por diferença de temperatura. Seus respectivos nomes são:

A) condução, irradiação e condução
B) convecção, irradiação e condução
C) convecção, condução e irradiação
D) condução, convecção e irradiação
E) irradiação, condução e convecção

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A resposta certa é a letra C) convecção, condução e irradiação.

Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar cada um dos processos de transferência de energia por diferença de temperatura mencionados na questão.

A refrigeração de um recinto por ação de um condicionador de ar é um exemplo de transferência de energia por convecção. Isso ocorre porque o condicionador de ar faz circular o ar frio pelo recinto, removendo o calor e transferindo-o para fora do local.

O termômetro caseiro para medir a temperatura corporal também envolve convecção. Quando você coloca o termômetro em sua pele, o calor é transferido do seu corpo para o termômetro por convecção.

Já o calor do sol é um exemplo de transferência de energia por irradiação. Isso ocorre porque o sol emite radiação eletromagnética que viaja pelo espaço até alcançar a Terra, transferindo energia para os objetos que a absorvem.

Portanto, é correto afirmar que a refrigeração de um recinto por ação de um condicionador de ar, o termômetro caseiro para medir a temperatura corporal e o calor do sol são exemplos de processos de transferência de energia por diferença de temperatura, e que os nomes respectivos desses processos são convecção, condução e irradiação.

Agora, vamos analisar as opções de resposta:

A) condução, irradiação e condução: Essa opção está errada porque a condução aparece duas vezes, e não há nenhum exemplo de processo de transferência de energia que envolva apenas condução e irradiação.
B) convecção, irradiação e condução: Essa opção também está errada porque não há nenhum exemplo de processo de transferência de energia que envolva apenas convecção, irradiação e condução.
C) convecção, condução e irradiação: Essa é a opção certa porque, como vimos anteriormente, os processos de transferência de energia mencionados na questão envolvem convecção, condução e irradiação.
D) condução, convecção e irradiação: Essa opção está errada porque, novamente, não há nenhum exemplo de processo de transferência de energia que envolva apenas condução, convecção e irradiação.
E) irradiação, condução e convecção: Essa opção também está errada porque, mais uma vez, não há nenhum exemplo de processo de transferência de energia que envolva apenas irradiação, condução e convecção.

Portanto, a resposta certa é a letra C) convecção, condução e irradiação.

1209) Um forno de micro-ondas está ligado de acordo com as instruções do manual: 120 V – 10 A. Coloca-se em seu interior uma vasilha com 300 g de água a 25 ºC e aperta-se o botão “1 min” (o que significa que, a partir do instante em que começa a funcionar, decorrido 1 min ele desliga automaticamente). Considere o calor específico da água 4.103 J/kg.ºC. Supondo que 75% da energia eletromagnética disponibilizada durante esse minuto seja absorvida pela água, sua temperatura, quando o micro-ondas desligou automaticamente, passou a ser de:

A) 55 ºC
B) 60 ºC
C) 65 ºC
D) 70 ºC
E) 75 ºC

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Resposta: D) 70°C

Para resolver essa questão, vamos aplicar o conceito de termologia, específicamente a fórmula de variação de temperatura em função do calor transferido. A energia eletromagnética disponibilizada pelo forno de micro-ondas é absorvida pela água, aumentando sua temperatura.

Primeiramente, vamos calcular a energia total transferida para a água em 1 minuto. Como 75% da energia eletromagnética é absorvida pela água, temos:

$$E = 0,75 times 120 text{ V} times 10 text{ A} times 1 text{ min} = 900 text{ J}$$

Agora, vamos aplicar a fórmula de variação de temperatura:

$$Delta T = frac{E}{m times c}$$

Onde:

$Delta T$ é a variação de temperatura (em °C)
$E$ é a energia transferida (em J)
$m$ é a massa da água (em kg)
$c$ é o calor específico da água (em J/kg°C)

Substituindo os valores:

$$Delta T = frac{900 text{ J}}{0,3 text{ kg} times 4103 text{ J/kg°C}} = 45 text{ °C}$$

Como a temperatura inicial da água é de 25°C, a temperatura final será:

$$T_f = T_i + Delta T = 25 text{ °C} + 45 text{ °C} = 70 text{ °C}$$

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1210) Num dia de verão, vertem-se numa garrafa térmica de capacidade térmica desprezível 825 g de água a temperatura ambiente (30 ºC). Para resfriá-la, introduzem-se na garrafa cubos de gelo, de 50 g cada um, a – 10 ºC. O calor específico do gelo é 0,50 cal/gºC, o calor específico da água 1,0 cal/gºC e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g. Para que, ao ser atingido o equilíbrio térmico, a garrafa contenha apenas água na fase líquida, o número de cubos de gelo nela introduzidos deve ser, no máximo:

A) 2
B) 3
C) 4
D) 5
E) 6

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Resposta: A alternativa correta é a letra E) 6.

Para entender porque a resposta certa é a letra E, vamos analisar a situação descrita na questão. Temos 825 g de água à temperatura ambiente (30°C) em uma garrafa térmica. Para resfriá-la, são adicionados cubos de gelo de 50 g cada, a –10°C. O objetivo é encontrar o número máximo de cubos de gelo que devem ser adicionados à garrafa para que, ao ser atingido o equilíbrio térmico, a garrafa contenha apenas água na fase líquida.

Para resolver esse problema, vamos considerar as quantidades de calor envolvidas. O calor específico do gelo é de 0,50 cal/g°C, o calor específico da água é de 1,0 cal/g°C e o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.

Quando um cubo de gelo é adicionado à água, ele começa a se derreter, absorvendo calor da água. O calor latente de fusão do gelo é necessário para que o gelo se derreta. Além disso, o calor específico do gelo também é necessário para que a temperatura do gelo aumente de –10°C para 0°C.

Para calcular a quantidade de calor necessária para derreter um cubo de gelo, podemos usar a seguinte fórmula:

$$Q = m times L + m times c times Delta T$$

onde Q é a quantidade de calor necessária, m é a massa do cubo de gelo (50 g), L é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g), c é o calor específico do gelo (0,50 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (10°C).

Substituindo os valores, obtemos:

$$Q = 50 times 80 + 50 times 0,50 times 10 = 4000 + 250 = 4250 text{ cal}$$

Isso significa que cada cubo de gelo absorve 4250 cal de calor da água para se derreter.

Agora, vamos calcular a quantidade de calor que a água pode fornecer. A água inicialmente está à temperatura ambiente (30°C) e precisa ser resfriada até a temperatura de equilíbrio (suponhamos que seja cerca de 0°C, pois a água não congelará). A variação de temperatura é de 30°C.

A quantidade de calor que a água pode fornecer é:

$$Q = m times c times Delta T = 825 times 1,0 times 30 = 24750 text{ cal}$$

Isso significa que a água pode fornecer 24750 cal de calor.

Agora, podemos calcular o número máximo de cubos de gelo que podem ser adicionados à garrafa. Dividimos a quantidade de calor que a água pode fornecer pela quantidade de calor que cada cubo de gelo absorve:

$$n = frac{24750}{4250} = 5,83$$

Como não é possível adicionar uma fração de cubo de gelo, o número máximo de cubos de gelo que podem ser adicionados à garrafa é de 6.

Portanto, a alternativa correta é a letra E) 6.

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