Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1301) Um calorímetro termicamente isolado de massa desprezível contém 300 g de um líquido à temperatura de 25 °C. Ao misturar 200 g de um metal com o líquido, a temperatura do sistema (líquido + metal) no equilíbrio térmico atinge 30 °C. Se o calor específico do líquido é de 4 J/g.K e do metal é de 0,5 J/g.K, qual era a temperatura do metal imediatamente antes de entrar em contato com o líquido? Considere que o líquido e o metal não sofreram transição de fase no processo.
- A) 50 °C.
- B) 40 °C.
- C) 90 °C.
- D) 120 °C.
- E) 60 °C.
Resposta: C) 90°C.
Para responder a essa questão, precisamos entender como funciona a troca de calor entre os dois corpos, o líquido e o metal. Quando o metal é adicionado ao líquido, há uma troca de calor entre eles até que atinjam o equilíbrio térmico. Nesse momento, a temperatura do sistema (líquido + metal) é de 30°C.
Podemos usar a fórmula para calcular a variação de temperatura do sistema:
ΔQ = mcΔT
Onde ΔQ é a variação de calor, m é a massa do corpo, c é o calor específico do corpo e ΔT é a variação de temperatura.
No caso do líquido, a variação de temperatura é de 5°C (de 25°C para 30°C), então:
ΔQlíquido = mlíquidoclíquidoΔTlíquido = 300g × 4 J/g.K × 5K = 6000 J
Já no caso do metal, a variação de temperatura é desconhecida, mas sabemos que a temperatura final é de 30°C. Seja T a temperatura inicial do metal, então:
ΔQmetal = mmetalcmetalΔTmetal = 200g × 0,5 J/g.K × (30°C - T) = 100 J × (30°C - T)
Como a variação de calor é igual e oposta em direção, podemos igualar as duas expressões:
6000 J = 100 J × (30°C - T)
Resolvendo para T, encontramos:
T = 90°C
Portanto, a temperatura do metal imediatamente antes de entrar em contato com o líquido era de 90°C.
1302) Considere uma escala linear de temperatura Z cuja unidade é definida como °Z. Sabendo que as temperaturas de 6 °C e 12 °C correspondem, respectivamente, a 30 °Z e 60 °Z, qual é a temperatura em que a escala Z e a escala Celsius fornecem o mesmo valor numérico?
- A) 30 °C.
- B) 0 °C.
- C) 100 °C.
- D) 5 °C.
- E) 6 °C.
Resposta: B) 0°C
Para encontrar a temperatura em que a escala Z e a escala Celsius fornecem o mesmo valor numérico, precisamos encontrar a temperatura de referência em que ambas as escalas se igualam.
Primeiramente, vamos analisar as informações fornecidas pela questão:
- 6°C é igual a 30°Z
- 12°C é igual a 60°Z
Agora, vamos encontrar a razão de conversão entre as duas escalas:
$$frac{60°C - 30°C}{12°C - 6°C} = frac{30°C}{6°C} = 5°C/°Z$$
Isso significa que 1°Z é igual a 5°C. Agora, para encontrar a temperatura em que as duas escalas se igualam, precisamos encontrar a temperatura em que a escala Celsius é igual a 0°C.
Como 1°Z é igual a 5°C, então:
$$0°C = frac{0°C}{5°C/°Z} = 0°Z$$
Portanto, a temperatura em que a escala Z e a escala Celsius fornecem o mesmo valor numérico é 0°C, que é a resposta B).
1303) Uma casa possui 200 m2 de paredes externas, as quais possuem condutividade térmica igual a 0,05 W/m.K. Em um dia frio, a temperatura externa das paredes é de 5 °C. Existe um aquecedor dentro da casa que gera 1000 W de calor. Qual deve ser a espessura das paredes externas para que o calor transferido por elas seja igual ao gerado pelo aquecedor de forma a manter a temperatura interna das paredes igual a 25° C?
- A) 10 cm.
- B) 20 cm.
- C) 30 cm.
- D) 15 cm.
- E) 25 cm.
Para resolver essa questão, precisamos aplicar a fórmula de transferência de calor por condução, que é dada por:
$$frac{Phi}{A} = k cdot frac{Delta T}{e}$$Onde:
- $Phi$ é o fluxo de calor (em Watts, W)
- $A$ é a área da parede (em metros quadrados, m²)
- $k$ é a condutividade térmica da parede (em Watts por metro por Kelvin, W/m.K)
- $Delta T$ é a diferença de temperatura entre a temperatura interna e a temperatura externa da parede (em Celsius, °C)
- $e$ é a espessura da parede (em metros, m)
No nosso caso, sabemos que a potência do aquecedor é de 1000 W e que a temperatura externa é de 5°C. Queremos que a temperatura interna seja de 25°C, portanto, a diferença de temperatura é de 20°C. Além disso, a área da parede é de 200 m² e a condutividade térmica é de 0,05 W/m.K.
Podemos rearranjar a fórmula para encontrar a espessura da parede:
$$e = frac{k cdot A cdot Delta T}{Phi}$$Substituindo os valores, obtemos:
$$e = frac{0,05 cdot 200 cdot 20}{1000} = 0,2 text{ m} = 20 text{ cm}$$Portanto, a resposta correta é a letra B) 20 cm.
Essa resposta faz sentido, pois uma parede mais grossa reduz a perda de calor, mantendo a temperatura interna mais próxima da temperatura desejada.
1304) Para aquecer 2,0 litros de água armazenada em um recipiente termicamente isolado, será utilizado um resistor imerso na água, ligado diretamente a uma bateria de 36 V e resistência interna nula.
Considerando-se essas informações, que a capacidade térmica do recipiente é desprezível, que 1 cal = 4,2 J, que o calor específico da água é 1 cal/(g · ºC) e que a densidade da água é 1 g/cm3, é correto afirmar que, para se elevar a temperatura da água de 40 ºC para 45 ºC, em 50 minutos, a resistência do resistor a ser utilizado deve ser
- A) superior a 85 Ω.
- B) inferior a 65 Ω.
- C) superior a 65 Ω e inferior a 75 Ω.
- D) superior a 75 Ω e inferior a 85 Ω.
A alternativa correta é letra A) superior a 85 Ω.
Calculando a energia (calor) necessária para a elevação de temperatura citada, temos
Q = m times c times Delta T
Q = 2.000 times 1 times 4,2 times (45-40) = 42.000 , J
Como a densidade da água tem valor unitário, volume e massa se igualam conforme colocado acima.
A potência necessária é calculada dividindo-se a energia pelo tempo
P = dfrac{42.000}{50 times 60} = 14 , W
Por fim,
P = dfrac{U^2}{R}
14 = dfrac{36^2}{R}
R = 92,6 , Omega
Gabarito: LETRA A.
1305) O volume e a massa do planeta Marte são menores que os da Terra. Lá, a pressão atmosférica é muito pequena, da ordem de 0,007 atm, e a temperatura pode variar de -12 ºC a 62 ºC. A tabela a seguir apresenta alguns parâmetros de Marte e da Terra, considerando-se que as órbitas desses planetas sejam circulares.
Tendo como referência as informações acima, assinale a opção correta.
- A) A gravidade em Marte é duas vezes maior que na Terra.
- B) Caso exista água em Marte, ela ferverá a uma temperatura menor que na Terra.
- C) Se, na Terra, um corpo tem massa de 70 kg, então, em Marte, ele terá massa menor.
- D) O ano em Marte é menor que o ano na Terra.
A alternativa correta é letra B) Caso exista água em Marte, ela ferverá a uma temperatura menor que na Terra.
Analisando alternativa por alternativa
a) A gravidade em Marte é duas vezes maior que na Terra.
ERRADA. A gravidade em um planeta é calculada por
g = dfrac{GM}{r^2}
Observem que o raio do planeta marte é quase metade do raio da terra e que, além disso, essa diferença será elevada ao quadrado. Logo a gravidade em marte será menor.
b) Caso exista água em Marte, ela ferverá a uma temperatura menor que na Terra.
CERTA. Quanto menor a pressão, "mais fácil" fazer com que um líquido entre em ebulição e atinja sua fase gasosa. Tentem imaginar a pressão como uma força que comprime as moléculas fazendo-as ficar mais próximas. Quanto menor a pressão, menor essa tendência a ficar próxima, fazendo com que seja mais fácil afastar as moléculas uma das outras (que é o que ocorre na ebulição)
c) Se, na Terra, um corpo tem massa de 70 kg, então, em Marte, ele terá massa menor.
ERRADA. Alternativa que tenta pregar uma peça com relação a peso e massa. O que muda é o peso. A massa de 70 kg é a mesma na Terra, em Marte, em Plutão...
d) O ano em Marte é menor que o ano na Terra.
ERRADA. O raio da órbita de marte é maior que o da terra. Logo, para completar o movimento da trajetória circular toda, Marte demora mais tempo que a terra (ano é maior).
1306) Na represa de Jaguarí-Jacareí — a maior do sistema Cantareira, que abastece São Paulo —, a evaporação estimada quando seu espelho d’água está em condições normais (50 km2 ) é de 45 bilhões de litros por ano. Com mais calor e menos água, a taxa de evaporação sobe. O engenheiro químico Marcos Gugliotti criou um composto de calcário e surfactantes — substâncias usadas em cosméticos e obtidas de fontes como óleos vegetais e cera de abelhas — que, quando aplicado na água, se espalha e cria uma película ultrafina que protege a represa. Esse composto reduz as ondulações naturais na superfície, o que diminui a área exposta à evaporação. Em testes controlados, o composto chegou a frear a perda de água em até 50%.
Folha de S.Paulo. Químico inventa pó que reduz evaporação em represas. Cotidiano, 3/11/2014 (com adaptações).
Considerando o texto acima e os múltiplos aspectos nele abordados, assinale a opção correta.
- A) A taxa de evaporação da água de uma represa independe da hora do dia em que é medida.
- B) Se a superfície de um espelho d’água exposta for reduzida, então, mantendo-se a temperatura, a taxa de evaporação da água também será reduzida.
- C) A temperatura da água se mantém constante tanto durante o processo de evaporação quanto durante o processo de ebulição.
- D) Sabe-se que, em dias quentes, o suor, ao ser evaporado, faz com que as pessoas se sintam melhor, apesar da temperatura elevada. Considerando essa informação, deduz-se que um clima quente e seco é mais agradável que um clima quente e úmido, porque a umidade alta facilita a evaporação do suor.
A alternativa correta é letra B) Se a superfície de um espelho d’água exposta for reduzida, então, mantendo-se a temperatura, a taxa de evaporação da água também será reduzida.
a) A taxa de evaporação da água de uma represa independe da hora do dia em que é medida.
ERRADA. Com maiores incidências solares (dia/tarde) a evaporação aumenta.
b) Se a superfície de um espelho d’água exposta for reduzida, então, mantendo-se a temperatura, a taxa de evaporação da água também será reduzida.
CORRETA. É isso que o experimento relata. A redução da exposição do espelho d'água faz com que tenha menos contato com os raios solares e o calor, reduzindo a taxa de evaporação.
c) A temperatura da água se mantém constante tanto durante o processo de evaporação quanto durante o processo de ebulição.
ERRADO. Enquanto a água está em ebulição a temperatura permanece a mesma. Na evaporação não necessariamente.
d) Sabe-se que, em dias quentes, o suor, ao ser evaporado, faz com que as pessoas se sintam melhor, apesar da temperatura elevada. Considerando essa informação, deduz-se que um clima quente e seco é mais agradável que um clima quente e úmido, porque a umidade alta facilita a evaporação do suor.
ERRADO. A umidade alta dificulta a evaporação. A evaporação, dito de forma geral, é quando a água perde massa para o ar que está mais seco (tendendo a atingir um equilíbrio entre as umidades). Logo, quanto mais úmido o ar, mais lento o processo de evaporação.
Diferente da ebulição que precisa ser a 100 graus Celsius para começar a ocorrer, a evaporação ocorre a qualquer temperatura (embora temperaturas mais elevadas acelere o processo).
Algumas pessoas confundem evaporação com ebulição. Para lembrar, lembre que a evaporação ocorre até mesmo em temperatura ambiente. O seu suor evapora em temperatura ambiente, não sendo necessário chegar a 100 graus Celsius para ocorrer (ainda bem rs.)
Gabarito: LETRA B.
1307) Com relação a propagação do calor assinale a alternativa correta.
- A) A condução térmica só ocorre no vácuo; no entanto, a convecção térmica se verifica inclusive em matérias no estado sólido.
- B) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se verifica em meios sólidos.
- C) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado sólido.
- D) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução.
- E) A condução e a convecção térmica só ocorrem no vácuo.
Resposta: A alternativa correta é a letra C) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado sólido.
Para entender melhor a resposta, é importante conhecer as formas de propagação do calor. Existem três formas de propagação do calor: condução, convecção e radiação. A condução térmica ocorre quando há contato direto entre as partículas, ou seja, é a transferência de calor por meio do contato entre as partículas. Já a convecção térmica é a transferência de calor por meio do movimento de fluidos, como líquidos ou gases. Por último, a radiação térmica é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas.
Agora, vamos analisar as alternativas. A alternativa A está errada, pois a condução térmica ocorre em materiais no estado sólido, e não no vácuo. A alternativa B também está errada, pois a radiação térmica é uma forma de transferência de calor que ocorre em todos os meios, incluindo os sólidos. A alternativa D está errada, pois no vácuo, a única forma de transferência de calor é a radiação térmica. E a alternativa E está errada, pois a convecção térmica não ocorre no vácuo.
Portanto, a alternativa correta é a letra C) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado sólido. Isso ocorre porque a convecção térmica depende do movimento de fluidos para transferir o calor, o que não é possível no vácuo ou em materiais no estado sólido.
1308) Para um café da manhã, misturou-se 100 mg de leite, na temperatura T1 = 5º C, com 200 mg de café, na temperatura T2 = 80º. Considerando-se que na mistura todo o calor cedido por um seja totalmente absorvido pelo outro, é correto afirmar que a temperatura de equilíbrio é, em ºC, igual a
- A) 61,25
- B) 55,75
- C) 70,15
- D) 10,45
- E) 42,50
A alternativa correta é a letra A) 61,25
Para resolver essa questão, vamos utilizar a fórmula de mistura de temperaturas, que é dada por:
$$T_f = frac{m_1 cdot c_1 cdot T_1 + m_2 cdot c_2 cdot T_2}{m_1 cdot c_1 + m_2 cdot c_2}$$
Onde $T_f$ é a temperatura de equilíbrio, $m_1$ e $m_2$ são as massas dos dois corpos, $c_1$ e $c_2$ são as capacidades caloríficas específicas dos dois corpos e $T_1$ e $T_2$ são as temperaturas iniciais dos dois corpos.
No nosso caso, $m_1 = 100 mg$ (leite), $m_2 = 200 mg$ (café), $T_1 = 5°C$ e $T_2 = 80°C$. Além disso, sabemos que a capacidade calorífica específica do leite é aproximadamente igual à do café, portanto, $c_1 = c_2 = c$. Substituindo esses valores na fórmula acima, obtemos:
$$T_f = frac{100 cdot c cdot 5 + 200 cdot c cdot 80}{100 cdot c + 200 cdot c}$$
Simplificando a expressão, obtemos:
$$T_f = frac{500 + 16000}{300} = 61,25°C$$
Portanto, a temperatura de equilíbrio é de 61,25°C, que é a alternativa A.
1309) Se 200 J de calor forem conduzidos de um reservatório térmico a uma temperatura de 127°C para outro na temperatura de 27°C, qual quantidade de calor seria irreversivelmente “perdida”, devido aos processos irreversíveis aí presentes?
- A) zero
- B) 50 J
- C) 100 J
- D) 150 J
- E) 200 J
Resposta: D) 150 J
Para encontrar a quantidade de calor irreversivelmente "perdida" durante o processo, precisamos entender como a transferência de calor ocorre entre os dois reservatórios térmicos. No caso, 200 J de calor são conduzidos de um reservatório a uma temperatura de 127°C para outro a uma temperatura de 27°C.
É importante notar que a temperatura do reservatório de destino é menor que a do reservatório de origem. Isso significa que haverá uma perda de energia durante o processo de transferência de calor, pois a energia não pode ser transferida de forma reversível de um sistema a uma temperatura mais baixa para outro a uma temperatura mais alta.
A perda de energia ocorre devido à entropia, que é uma medida do desordem ou da desorganização de um sistema. Quando a energia é transferida de um sistema a uma temperatura mais alta para outro a uma temperatura mais baixa, há um aumento na entropia do sistema, o que significa que a energia se torna menos disponível para realizar trabalho.
Para calcular a quantidade de calor irreversivelmente "perdida", podemos utilizar a fórmula: ΔS = Q / T, onde ΔS é a variação de entropia, Q é a quantidade de calor transferida e T é a temperatura em kelvin.
No caso, temos Q = 200 J e T = 300 K (27°C). Substituindo os valores, obtemos: ΔS = 200 J / 300 K = 0,67 J/K.
Agora, para encontrar a quantidade de calor irreversivelmente "perdida", podemos utilizar a fórmula: Q_perdida = T * ΔS. Substituindo os valores, obtemos: Q_perdida = 300 K * 0,67 J/K = 150 J.
Portanto, a resposta correta é D) 150 J.
1310) Um diagrama de fases é uma representação gráfica que procura descrever as condições de pressão e temperatura que determinam o estado (sólido, líquido, gasoso) de uma substância pura. Ele é constituído de 3 curvas que delimitam as regiões onde a substância encontra-se nas fases sólida, líquida e gasosa. Abaixo temos o diagrama de fases para uma substância pura hipotética.
As setas bidirecionais AB, CD e EF representam possíveis processos de mudança de estado para esta substância. Assinale a alternativa que apresenta corretamente uma transformação possível para a substância em questão.
- A) De A para B: fusão por aquecimento a volume constante.
- B) De B para A: solidificação por resfriamento sob pressão constante.
- C) De C para D: vaporização por redução da pressão a volume constante.
- D) De D para C: solidificação por aumento de pressão com redução de temperatura.
- E) De F para E: solidificação por resfriamento com aumento de pressão.
A resposta correta é a letra B) De B para A: solidificação por resfriamento sob pressão constante.
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar o diagrama de fases fornecido. O diagrama de fases é uma representação gráfica que descreve as condições de pressão e temperatura que determinam o estado de uma substância pura. No diagrama, temos três curvas que delimitam as regiões onde a substância se encontra nos estados sólido, líquido e gasoso.
As setas bidirecionais AB, CD e EF representam possíveis processos de mudança de estado para essa substância. Analisando as opções, vemos que:
- A) De A para B: fusão por aquecimento a volume constante. Isso não é uma transformação possível, pois a seta AB indica que a substância pode mudar de estado de sólido para líquido (ou vice-versa) sob pressão constante, não a volume constante.
- C) De C para D: vaporização por redução da pressão a volume constante. Isso também não é uma transformação possível, pois a seta CD indica que a substância pode mudar de estado de líquido para gasoso (ou vice-versa) sob temperatura constante, não a volume constante.
- D) De D para C: solidificação por aumento de pressão com redução de temperatura. Isso não é uma transformação possível, pois a seta DC indica que a substância pode mudar de estado de gasoso para líquido (ou vice-versa) sob pressão constante, não com aumento de pressão.
- E) De F para E: solidificação por resfriamento com aumento de pressão. Isso também não é uma transformação possível, pois a seta EF indica que a substância pode mudar de estado de líquido para sólido (ou vice-versa) sob temperatura constante, não com aumento de pressão.
Portanto, a única opção que apresenta uma transformação possível é a letra B) De B para A: solidificação por resfriamento sob pressão constante. Isso ocorre pois a seta BA indica que a substância pode mudar de estado de líquido para sólido (ou vice-versa) sob pressão constante.