Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1231) Em um recipiente, coloca-se uma massa m de um líquido, e observa-se que ao fornecer uma quantidade de calor Q ao líquido, a sua temperatura T aumenta de um valor triangleT.
Se for colocada em outro recipiente idêntico ao primeiro uma massa 3m do mesmo líquido, para que a temperatura do líquido no segundo recipiente aumente de um valor
triangleT/2, é necessário fornecer a ele uma quantidade de calor
- A) 3Q
- B) 2Q
- C) 3Q/2
- D) 2Q/3
- E) Q/3
A alternativa correta é letra C) 3Q/2
A quantidade de calor recebida por um corpo de massa m é dada pela seguinte expressão:
Q=mcDelta{T}
Logo, o calor específico c do líquido será:
c=frac{Q}{mDelta{T}}
Supondo que o mesmo tipo de líquido seja colocado em outro recipiente, considerando agora uma massa desse líquido igual a 3m:
Q=3mtimesfrac{Q}{mDelta{T}}frac{Delta{T}}{2}
boxed{Q=frac{3Q}{2}}
Gabarito: C
1232) Três barras são feitas de diferentes materiais: uma de chumbo, outra de cobre e a terceira de aço. As barras têm cores e espessuras idênticas, e estão à mesma temperatura, 20 ºC. Nessa temperatura, as três barras possuem o mesmo comprimento. Os coeficientes de dilatação térmica dos três materiais estão apresentados na Tabela abaixo.
As três barras são aquecidas até atingir a temperatura de 70 ºC. As imagens das barras, a esta temperatura, estão representadas na Figura abaixo.
As substâncias que compõem as barras B1, B2 e B3 são, respectivamente,
- A) aço, chumbo e cobre
- B) aço, cobre e chumbo
- C) chumbo, cobre e aço
- D) cobre, chumbo e aço
- E) cobre, aço e chumbo
A alternativa correta é letra A) aço, chumbo e cobre
Nesta questão, é preciso aplicar conhecimentos sobre dilatação térmica.
A dilatação térmica é dada por
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T
Portanto, para uma mesma variação de temperatura e um mesmo comprimento inicial, o coeficiente de dilatação linear é diretamente proporcional à dilatação, ou seja, à variação de comprimento.
A barra mais curta na nova temperatura, B1, deve corresponder ao metal com menor coeficiente — portanto, aço. Já a barra B2, que é a que apresenta a maior variação de comprimento, deve corresponder ao metal com maior coeficiente — ou seja, chumbo.
Resposta: Letra A
1233) Um cilindro com dilatação térmica desprezível possui volume de 25 litros. Nele estava contido um gás sob pressão de 4 atmosferas e temperatura de 227 °C. Uma válvula de controle do gás do cilindro foi aberta até que a pressão no cilindro fosse de 1 atm. Verificou-se que, nessa situação, a temperatura do gás e do cilindro era a ambiente e igual a 27 °C.
(Considere que a temperatura de 0 °C corresponde a 273 K)
Assinale a alternativa que apresenta o volume de gás que escapou do cilindro, em litros.
- A) 11,8.
- B) 35.
- C) 60.
- D) 85.
- E) 241.
A alternativa correta é letra B) 35.
Vamos calcular o volume do gás utilizando a lei geral dos gases ideais, sendo que P_1 = 4 atm, V_1 = 25 l, T_1 = 227ºC = 227+273 K = 500 K, P_2 = 1 atm e T_2 = 27ºC = 27 + 273 K = 300 K. Logo,
dfrac {P_1 cdot V_1}{T_1} = dfrac {P_2 cdot V_2}{T_2}
dfrac {4 cdot 25}{500} = dfrac {1 cdot V_2}{300}
V_2 = 60 l
Como o gás agora ocupa apenas o volume do cilindro, o volume do gás que escapou é dado por:
V_2 - V_1 = 60 - 25 = 35 l
Portanto, a alternativa (b) é o gabarito da questão.
1234) Para atribuir um número a cada temperatura é necessário graduar um termômetro, ou seja, é preciso estabelecer uma escala termométrica. Na maioria dos países, usa-se a escala Celsius, proposta no século XVII pelo cientista sueco Anders Celsius (1701 – 1744). Em um Laboratório, um esperto aluno criou uma escala de temperatura, a qual denominou escala X. Na comparação de sua escala com a escala Celsius, o aluno obteve o gráfico abaixo.
Com base no gráfico, o aluno obteve, na escala X, a temperatura de fusão do gelo e da ebulição da água, sob pressão normal. Os resultados CORRETOS são, respectivamente:
- A) -10° X e 30° X.
- B) 10° X e 60° X.
- C) 15° X e 70° X.
- D) 25° X e 75° X.
- E) 30° X e 90° X.
A alternativa correta é letra D) 25° X e 75° X.
Essa questão é essencialmente uma questão de matemática, mais especificamente sobre equação da reta. Vamos primeiro calcular a inclinação da reta:
a = frac{60 - 30}{70 -10}
a = 0,5
Esse dado nos diz que para cada variação de 1 grau na escala Celsius ocorre uma variação de 0,5 grau na escala X. Sendo assim, partindo de 10 graus Celsius, até chegar zero faltam 10 graus Celsius. Se eu preciso "andar" 10 graus na escala Celsius, a variação na escala X será a metade, ou seja, 5 graus X. Logo a temperatura equivalente será de 25 graus X.
Aplicando o mesmo raciocínio para 100 graus Celsius: partindo de 70 graus Celsius, temos que "andar" 30 graus Celsius para chegar a 100. Isso significa uma variação de 15 graus X. Portanto, 100 graus Celsius equivale a 75 graus X.
1235) Funcionários de uma companhia de energia precisam colocar um fio metálico entre dois postes, cuja distância entre eles é de 30 m. Na região, há uma variação máxima de temperatura de 20°C e, nessas condições, o fio apresenta uma dilatação linear de 0,01% do comprimento inicial. O coeficiente de dilatação linear do metal vale:
- A) 1,0 x 10^{-4};°C^{-1}
- B) 2,5 x 10^{-4};°C^{-1}
- C) 3,0 x 10^{-5};°C^{-1}
- D) 4,2 x 10^{-6};°C^{-1}
- E) 5,0 x 10^{-6};°C^{-1}
A alternativa correta é letra E) 5,0 x 10^{-6};°C^{-1}
A dilatação linear pode ser equacionada como:
L = L_0 (1 + alpha Delta T)
Tal que:
L é o comprimento final do fio;
L0 é o comprimento inicial do fio;
alpha é o coeficiente de dilatação linear;
Delta T é a variação da temperatura;
De acordo com o enunciado, o fio apresenta uma dilatação linear de 0,01% do comprimento inicial, ou seja, L = 1,0001 L_0. Substituindo esse valor na equação para determinar o coeficiente de dilatação:
1,0001 L_0 = L_0 (1 + alpha Delta T)
1,0001 = 1 + alpha Delta T
alpha cdot 20 = 0,0001
alpha = 0,000005
alpha = 5 times 10^{-6}
1236) Para dar banho em seu bebê, uma zelosa mãe dispõe de 5,0 litros de água a 80°C. Para não causar queimaduras e tornar o banho mais agradável, ela escolheu para a temperatura inicial do banho 30°C. Dispondo de água tirada da torneira a 25°C, a massa de água que ela deve misturar para obter essa temperatura no início do banho é de:
- A) 20 kg.
- B) 30 kg.
- C) 40 kg.
- D) 50 kg.
- E) 60 kg.
A alternativa correta é letra D) 50 kg.
Questão sobre calorimetria. Para resolvermos essa questão precisamos pensar no seguinte conceito: o calor fornecido pela primeira massa de água é igual em módulo ao calor recebido pela segunda massa. Logo, podemos escrever;
m_1 cdot c cdot Delta T_1 = m_2 cdot c cdot Delta T_2
Substituindo os valores do enunciado:
5 cdot c cdot (80 - 30) = m_2 cdot c cdot (30 - 25)
5 cdot 50 = m_2 cdot 5
m_2 = 50 kg
1237) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.
Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?
- A) Alto calor específico.
- B) Alto calor latente de fusão.
- C) Baixa condutividade térmica.
- D) Baixa temperatura de ebulição.
- E) Alto coeficiente de dilatação térmica.
O fluido arrefecedor deve possuir uma alta capacidade de absorção de calor, ou seja, um alto calor específico. Isso ocorre porque o calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa do fluido em uma unidade de temperatura. Quanto maior for o calor específico do fluido, mais eficiente será sua capacidade de absorver o calor gerado pelo motor e transferi-lo para a atmosfera, evitando o superaquecimento do motor.
Além disso, o alto calor específico do fluido arrefecedor também permite que ele possa absorver grandes quantidades de calor sem que sua temperatura aumente muito, o que é fundamental para evitar danos ao motor. Portanto, a alternativa correta é a letra A) Alto calor específico.
É importante destacar que as outras opções não são corretas porque:
- O alto calor latente de fusão não é uma propriedade fundamental para o fluido arrefecedor. Embora o calor latente de fusão seja importante para entender como o fluido se comporta durante a mudança de fase, não é diretamente relacionado à sua capacidade de absorver calor.
- A baixa condutividade térmica não é uma propriedade desejável para um fluido arrefecedor. Em vez disso, um fluido arrefecedor deve ter uma alta condutividade térmica para que possa absorver e transferir o calor de forma eficiente.
- A baixa temperatura de ebulição não é uma propriedade fundamental para o fluido arrefecedor. Embora a temperatura de ebulição seja importante para entender como o fluido se comporta em diferentes condições de pressão e temperatura, não é diretamente relacionada à sua capacidade de absorver calor.
- O alto coeficiente de dilatação térmica também não é uma propriedade fundamental para o fluido arrefecedor. Embora o coeficiente de dilatação térmica seja importante para entender como o fluido se comporta quando submetido a mudanças de temperatura, não é diretamente relacionado à sua capacidade de absorver calor.
1238) O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até -198 ºC. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.
MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 9 set. 2013 (adaptado).
No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela
- A) expansão do nitrogênio durante a ebulição.
- B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
- C) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
- D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
- E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.
A resposta correta é a letra C) realiza obra de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
Essa resposta está correta porque, no processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela expansão do nitrogênio líquido. Durante a liquefação, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. Posteriormente, quando o nitrogênio líquido é exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica. Nesse processo, o trabalho é realizado sobre o nitrogênio durante a liquefação, o que é a alternativa correta.
É importante notar que as outras alternativas não descrevem corretamente o processo. A alternativa A) expansão do nitrogênio durante a ebulição é um efeito do processo, mas não é o trabalho realizado sobre o nitrogênio. A alternativa B) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição também é um efeito do processo, mas não é o trabalho realizado sobre o nitrogênio. A alternativa D) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento é um passo inicial do processo, mas não é o trabalho realizado sobre o nitrogênio. A alternativa E) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação é outro efeito do processo, mas não é o trabalho realizado sobre o nitrogênio.
Portanto, a alternativa correta é a letra C) realiza obra de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
1239) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.
Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10 °C e outra a 40 °C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16 °C.
Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?
- A) A
- B) B
- C) C
- D) D
- E) E
Para responder a essa questão, importante entender como funciona o selo de qualidade para garrafas térmicas. O selo de qualidade identifica cinco categorias e informa a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, após seis horas de fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa.
No caso da garrafa térmica testada, duas amostras de água são preparadas e misturadas em uma garrafa, uma a 10°C e outra a 40°C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada e, seis horas depois, é aberta e medida a temperatura da água, obtendo-se 16°C.
Para determinar qual selo de qualidade deve ser posto na garrafa térmica testada, é necessário analisar a variação de temperatura em relação à temperatura de equilíbrio inicial. Como a temperatura final medida é de 16°C, e a temperatura de equilíbrio inicial é de 20°C (uma vez que a mistura é de um terço de água fria para dois terços de água quente), a variação de temperatura é de 20% (4°C).
De acordo com o quadro de categorias, uma variação de temperatura de 20% corresponde à categoria D. Portanto, o selo de qualidade que deve ser posto na garrafa térmica testada é D.
A resposta correta é D.
Essa resposta é justificada pela análise da variação de temperatura em relação à temperatura de equilíbrio inicial, que é de 20%. Essa variação se enquadra na categoria D do selo de qualidade, que é de 15% a 25%.
1240) Qual a quantidade de calor necessária para elevar, de 30ºC para 130ºC, 100g de cobre, de calor específico 0,092 cal/gºC?
- A) 9,20 cal.
- B) 920 cal.
- C) 100 cal.
- D) 10,10 cal.
A alternativa correta é letra B) 920 cal.
Pessoal, precisamos aplicar diretamente
Q = m c Delta T
Reparem que a banca já forneceu em todas as unidades necessárias. Ou seja, não precisamos transformar nenhuma delas.
Q = 100 times 0,092 times (130 - 30)
Q = 920 , cal
Gabarito: LETRA B.