Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1321) Ao se elevar a temperatura de uma substância, ocorre um aumento de seu volume. Considerando que a temperatura da água é aumentada de 0 °C à 4 °C, é correto afirmar que:
- A) o volume aumenta e a densidade diminui e, a partir de 4 °C, o volume aumenta e a densidade diminui;
- B) a densidade diminui e o volume também e, a partir de 4 °C tanto a densidade quanto o volume aumentam;
- C) o volume diminui e a densidade aumenta e, a partir de 4 °C, o volume aumenta e a densidade diminui;
- D) o volume e a densidade permanecem inalterados, visto que a variação de 0 °C à 4 °C da temperatura é muito pequena;
- E) o volume diminui e a densidade se mantém constante, e a partir de 4° C, o volume e a densidade aumentam.
A alternativa correta é letra C) o volume diminui e a densidade aumenta e, a partir de 4 °C, o volume aumenta e a densidade diminui;
Questão capciosa.
Quando aumentamos a temperatura de um material, ele aumenta seu volume e sua densidade diminui (d = dfrac{m}{V}), consequentemente (VIA DE REGRA).
Para a água entretanto, o comportamento é diferente dependendo do caso. Para temperaturas próximas a temperatura de congelamento (0 graus), ela tem um comportamento inverso:
Quanto maior a temperatura, menor o volume e maior a densidade.
A partir de uma temperatura mais elevada (mais distante do ponto de congelamento), aí sim teremos o comportamento "normal" de aumento de temperatura com aumento de volume (e consequente redução de densidade).
Logo, já eliminamos as alternativas A B D e E, ficando com nosso gabarito LETRA C.
A questão cravou a temperatura de virada desse comportamento como sendo a temperatura de 4 graus (que é realmente a temperatura que o comportamento acima é observado experimentalmente).
Gabarito: LETRA C.
1322) Um isolamento térmico eficiente é um constante desafio a ser superado para que o homem possa viver em condições extremas de temperatura.
Para isso, o entendimento completo dos mecanismos de troca de calor é imprescindível. Em cada uma das situações descritas a seguir, você deve reconhecer o processo de troca de calor envolvido.
I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar fluxo de energia térmica até o congelador por […]
II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por […].
III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por [….].
Na ordem, os processos de troca de calor utilizados para preencher as lacunas corretamente são:
- A) condução, convecção e radiação.
- B) condução, radiação e convecção.
- C) convecção, condução e radiação.
- D) convecção, radiação e condução.
A alternativa correta é letra D) convecção, radiação e condução.
Gabarito: LETRA D.
Vamos analisar cada uma das situações:
I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades vazadas, para facilitar o fluxo de energia térmica até o congelador por convecção. A convecção é um processo de troca de calor que ocorre através do movimento de um fluido. No caso, o ar dentro da geladeira. As grades vazadas permitem que o ar circule livremente, promovendo a transferência de calor por convecção.
II. O único processo de troca de calor que pode ocorrer no vácuo é por radiação. A radiação térmica é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas, como a luz infravermelha. No vácuo, onde não há meio material para condução ou convecção, a radiação é o único mecanismo de transferência de calor possível, já que as ondas eletromagnéticas não necessitam de meio material para se propagarem.
III. Em uma garrafa térmica, é mantido vácuo entre as paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou entre por condução. A condução é a transferência de calor através de contato direto entre materiais. No caso da garrafa térmica, o vácuo entre as paredes duplas de vidro impede a transferência de calor por condução, pois o vácuo é um isolante térmico eficiente.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
1323) Uma usina termoelétrica hipotética opera com vapor de água aquecido a uma temperatura de 500ºC e é resfriada com água a 50ºC. Considera-se que a usina funcione como uma máquina de Carnot e que ela recebe de uma fonte quente uma quantidade de calor Q por ciclo. Os valores da eficiência e do trabalho W, realizados em cada ciclo de operação da usina, são, respectivamente,
- A) 10% e W=0,9Q
- B) 90% e W=0,1Q
- C) 90% e W=0,9Q
- D) 50% e W=0,5Q
- E) 90% e W=0,5Q
Resposta:
A alternativa correta é: Não há alternativa correta, pois a questão foi anulada.
Explicação:
Antes de iniciar a resolução da questão, é importante notar que a mesma foi anulada, portanto, não há uma resposta correta. No entanto, vamos analisar as alternativas apresentadas e entender por que nenhuma delas é válida.
A eficiência de uma máquina de Carnot é dada pela fórmula η = 1 - (Tc / Th), onde η é a eficiência, Tc é a temperatura do reservatório frio e Th é a temperatura do reservatório quente. No caso da usina termoelétrica hipotética, temos Th = 500°C e Tc = 50°C.
Substituindo os valores na fórmula, obtemos η = 1 - (50 + 273) / (500 + 273) = 0,64 ou 64%. Isso significa que a eficiência da usina é de 64%.
Agora, vamos analisar as alternativas:
- A) 10% e W = 0,9Q: A eficiência é muito baixa em relação ao valor calculado.
- B) 90% e W = 0,1Q: A eficiência é muito alta e o trabalho realizado é muito baixo.
- C) 90% e W = 0,9Q: A eficiência é muito alta e o trabalho realizado é muito alto.
- D) 50% e W = 0,5Q: A eficiência é razoável, mas o trabalho realizado é muito baixo.
- E) 90% e W = 0,5Q: A eficiência é muito alta e o trabalho realizado é muito baixo.
Como podemos ver, nenhuma das alternativas apresentadas coincide com o valor de eficiência calculado. Além disso, as relações entre o trabalho realizado e a quantidade de calor Q também não são coerentes. Portanto, a questão foi anulada por não ter uma alternativa correta.
1324) Com base nas leis da termodinâmica, assinale a alternativa CORRETA.
- A) A expansão livre é um processo adiabático no qual as energias internas, inicial e final são diferentes.
- B) Num processo adiabático, um aumento da energia interna acarreta numa diminuição da temperatura do sistema e, inversamente, uma redução da energia interna acarreta um aumento da temperatura do sistema.
- C) As compressões e rarefações nas ondas sonoras são tão rápidas que o comportamento do gás que as transmite não é adiabático.
- D) O aquecimento que se observa nos pneus de bicicleta durante seu preenchimento é devido ao aumento de temperatura por uma compressão adiabática do ar.
- E) Num processo adiabático irreversível, a variação de entropia é nula.
A resposta certa é a letra D)
O aquecimento que se observa nos pneus de bicicleta durante seu preenchimento é devido ao aumento de temperatura por uma compressão adiabática do ar.
Isso ocorre porque, quando o ar é comprimido, sua energia interna aumenta, o que causa um aumento de temperatura. Esse processo é adiabático, pois não há troca de calor com o ambiente. Além disso, como a compressão é feita rapidamente, não há tempo para que o calor seja dissipado, o que leva a um aumento de temperatura.
Já as outras alternativas estão erradas:
A alternativa A está errada porque, em um processo adiabático, a energia interna do sistema pode aumentar ou diminuir, dependendo da natureza do processo.
A alternativa B está errada porque, em um processo adiabático, a temperatura do sistema pode aumentar ou diminuir, dependendo da variação da energia interna.
A alternativa C está errada porque as compressões e rarefações nas ondas sonoras não são processos adiabáticos.
A alternativa E está errada porque, em um processo adiabático irreversível, a variação de entropia é diferente de zero.
1325) Dois corpos A e B são aquecidos. O corpo A tem massa m, e o corpo B tem massa igual ao triplo da massa de A. O calor específico c do corpo B vale a metade do calor específico do corpo A.
Se a quantidade de calor fornecida aos dois corpos for a mesma, a razão entre a variação de temperatura do corpo A e a variação de temperatura do corpo B vale
- A) 0,5
- B) 1,0
- C) 1,5
- D) 2,0
- E) 3,0
A alternativa correta é letra C) 1,5
Pessoal, vamos chamar de m a massa que se iguala a massa de A.
m_A = m
m_B = 3 m
Já o calor específico,
c_A = c
c_B = dfrac{c}{2}
Em A,
Q = m c Delta T_A
Delta T_A = dfrac{Q}{m c }
Em B,
Q = 3m times dfrac{c}{2} Delta T = 1,5 m c Delta T_B
Delta T_B = dfrac{Q}{1,5 m c }
Logo,
dfrac{ Delta T_A}{Delta T_B} = dfrac { Q / (m c)} {Q / 1,5 m c} = 1,5
Gabarito: LETRA C.
1326) Numa escala hipotética H de temperatura, atribui-se o valor 60 °H para a temperatura de fusão do gelo e −180 °H para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal.
Na escala Fahrenheit, a temperatura correspondente a 100 °H vale
- A) − 68
- B) 100
- C) 2
- D) 48
- E) − 22
A alternativa correta é letra C) 2
Trata-se de um exercício de conversão de unidades de temperatura. Para resolver exercícios como este devemos montar o esquema abaixo comparando as escalas fornecidas no enunciado.
Em seguida, devemos relacionar as duas escalas com uma regra de três:
{100-60 over -180 -60} = {x - 32 over 212 -32}
{40 over -240} = {x - 32 over 180}
x = 2 º F
Resposta: Alternativa C
1327) Uma substância pura apresenta as seguintes características:
− calor específico no estado líquido = 0,40 cal/g °C;
− temperatura de fusão = 10 °C;
− temperatura de ebulição = 70 °C;
− calor latente de vaporização = 80 cal/g.
Num frasco de capacidade térmica desprezível são colocados 10 g dessa substância à temperatura ambiente de 20 °C. Até que ocorra a vaporização completa dessa amostra da substância, uma fonte térmica deverá fornecer-lhe energia, em joules, de
Dado:
1 cal = 4,2 J
- A) 240
- B) 4200
- C) 2000
- D) 800
- E) 3360
A alternativa correta é letra B) 4200
Com os dados fornecidos podemos concluir que o líquido se encontra, inicialmente, no estado líquido. A energia Q_1 fornecida à substância irá aumentar sua temperatura de 20 ºC até 70 ºC, a partir deste momento, a temperatura permanecerá constante e o calor Q_2 será utilizado apenas para mudar o estado físico da substância.
Lembre-se:
- mudança de temperatura → Q = m cdot c cdot Delta T
- mudança de estado físico → Q = m cdot L (temperatura permanece constante na mudança de estado físico)
Cálculo de Q_1 :
Q_1 = m cdot c cdot Delta T
Q_1 = 10 cdot 0,4 cdot 50 = 200 cal
Cálculo de Q_2 :
Q_2 = m cdot L
Q_2 = 10 cdot 80 = 800 cal
A energia total fornecida a substância foi Q_1 + Q_2 = 1000 cal.
Conversão de unidades (cal to J)
1 cal to 4,2 J
1000 cal to x J
x = 4.200 J
Resposta: Alternativa B
1328) Em um calorímetro à temperatura ambiente de 30 °C, de capacidade térmica 40 cal/°C, são misturados 20 gramas de gelo a − 20 °C, 50 gramas de água a 25 °C e 10 gramas de vapor de água a 120 °C. Estabelecido o equilíbrio térmico, admitindo que não haja perda de calor para o ambiente, a temperatura final da mistura, em °C, é de aproximadamente
Dados:
Calor específico do gelo = 0,50 cal/g °C
Calor específico da água = 1,0 cal/g °C
Calor específico do vapor de água = 0,50 cal/g °C
Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g
- A) 30
- B) 50
- C) 40
- D) 60
- E) 20
A alternativa correta é letra D) 60
O enunciado informou que não há perda de calor para o ambiente, portanto termos apenas o calor trocado entre os corpos, de forma que:
Q_{água} + Q_{gelo} + Q_{vapor} + Q_{calorímetro} =0 (1)
Para calcular os valores acima, é importante perceber que 20 < temperatura de equilíbrio < 60, conforme alternativas. Nestas temperaturas, os corpos no interior do calorímetro estarão no estado líquido.
Q_{água} = m.c.Delta T = 50.1.(T_e - 25)
Q_{água} = 50 . T_e - 1250
Q_{gelo} = (m.c.Delta T)_{sólido} + m.L + (m.c.Delta T)_{líquido}
Q_{gelo} = 20 . 0,5 . 20 + 20 . 80 + 20 . 1 .(T_e - 0)
Q_{gelo} = 1700 + 20 . T_e
Q_{vapor} = (m.c.Delta T)_{vapor} + m.L + (m.c.Delta T)_{líquido}
Q_{vapor} = 10 . 0,5 . (100-120) + 10 .(- 540) + 10 . 1 . (T_e - 100)
Q_{vapor} = - 6500 + 10 T_e
Q_{calorímetro} = C.Delta T = 40.(T_e -30)
Substituindo em (1), temos:
Q_{água} + Q_{gelo} + Q_{vapor} + Q_{calorímetro} =0
50. T_e - 1250 + 1700 + 20 . T_e - 6500 + 10 . T_e + 40 . T_e - 1200 = 0
T_e = 60,4 ºC
Resposta: Alternativa D
1329) Stefan e Boltzmann formularam uma lei que relaciona a potência irradiada P com a área A da superfície emissora e a temperatura absoluta T de um corpo.
P =
ε.
σ. A. T
4, sendo σ uma constante universal
σ = 5,7 . 10
−8 W/m
2 . K
4 e
ε uma constante numérica menor do que 1, denominada emissividade da superfície.
Da mesma forma que um corpo irradia calor, ele também absorve calor do ambiente circundante, com mesmo valor de
ε. Assim, a potência efetiva irradiada por um bloco de alumínio polido (
ε = 0,05), de área A = 0,20 m
2, à temperatura de 127 °C, num ambiente a 27 °C vale em W, aproximadamente,
- A) 5,0
- B) 30
- C) 20
- D) 10
- E) 40
A alternativa correta é letra D) 10
Atenção:
Sempre devemos observar as unidades das constantes para saber a unidade que devemos utilizar em todas as grandezas físicas envolvidas.
conversão de unidades: ºC to K
27ºC = (27 + 273) K = 300 K
127ºC = (127 + 273) K = 400 K
Potência irradiada:
P = epsilon . sigma . A . T^4
P = 0,05 cdot 5,7 cdot 10^{-8} cdot 0,2 cdot 400^4
P = 14,592 W
Potência absorvida:
P = epsilon . sigma . A . T^4
P = 0,05 cdot 5,7 cdot 10^{-8} cdot 0,2 cdot 300^4
P = 4,617 W
Potência efetiva:
Potência efetiva (P_e) = Potência irradiada + Potência absorvida
P_e = 14,592 - 4,617 = 9,975 simeq 10 W
Resposta: Alternativa D
1330) A figura representa o botão controlador da temperatura de um forno. Considere que na posição “LOW” a temperatura, no interior do forno, atinja 300°F e na posição “HI” atinja 480°F e que ocorra um aumento contínuo da temperatura entre esses dois pontos.
Assim, para se obter a temperatura de 160°C, deve‐se ajustar esse botão na posição:
- A) 2.
- B) 4.
- C) 6.
- D) 8.
A alternativa correta é letra A) 2.
Temos a relação do botão controlador de temperatura com a escala ºF, logo, será necessário fazer a conversão da temperatura solicitada (160º C) para ºF:
{c-0 over 100 - 0} = {f - 32 over 212-32}
{c over 5} = {f - 32 over 9}
{160 over 5} = {f - 32 over 9}
f = 320 º F
Com o valor da temperatura solicitada convertido na escala ºF, montaremos a relação desta escala com os números do botão controlador:
{x - 1 over 10 - 1} = {320 - 300 over 480- 300}
{x - 1 over 9} = {20 over 180}
x = 2
Resposta: Alternativa A