Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1371) A utilização de vergalhões de ferro no interior de concreto curado é de extrema importância na fabricação de vigas, pilares e lajes, aumentando convenientemente a resistência mecânica desses importantes componentes da construção civil, no tocante a esforços de compressão e distensão. Um fator físico importante, também observado nesses componentes compostos de concreto e ferro, é o fato de que o concreto não sofre rachaduras devidas à dilatação térmica, mesmo quando a temperatura ambiente varia consideravelmente, por exemplo, de – 10ºC a 50°C . A técnica de análise física adequada para verificar se os comportamentos térmicos do material do concreto e do material do vergalhão utilizado são compatíveis entre si, evitando a formação de rachaduras no concreto, é:
- A) Redução à temperatura programada (TPR).
- B) Termogravimetria derivada (DTG).
- C) Análise termomecânica (TMC).
- D) Calorimetria exploratória diferencial (DSC).
- E) Termogravimetria (TG).
A resposta certa é a letra C) Análise termomecânica (TMC).
A análise termomecânica (TMC) é a técnica física adequada para verificar se os comportamentos térmicos do material do concreto e do material do vergalhão utilizado são compatíveis entre si, evitando a formação de rachaduras no concreto. Isso porque a TMC permite avaliar as propriedades térmicas dos materiais, como a expansão térmica, capacidade térmica e condutividade térmica, que são fundamentais para prever o comportamento do concreto armado sob variações de temperatura.
Além disso, a TMC é uma técnica não destrutiva, que permite analisar as propriedades térmicas dos materiais sem danificá-los, o que é essencial para a análise de materiais de construção civil.
Já as outras opções não são adequadas para essa análise, pois:
- A redução de temperatura programada (TPR) é uma técnica utilizada para controlar a temperatura de um material ou sistema, mas não é uma técnica de análise física.
- A termogravimetria derivada (DTG) é uma técnica que mede a variação de massa de um material em função da temperatura, mas não é adequada para avaliar a compatibilidade entre os materiais do concreto e do vergalhão.
- A calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica que mede a variação de calor de um material em função da temperatura, mas também não é adequada para essa análise.
- A termogravimetria (TG) é uma técnica que mede a variação de massa de um material em função da temperatura, mas não é adequada para avaliar a compatibilidade entre os materiais do concreto e do vergalhão.
Portanto, a análise termomecânica (TMC) é a técnica física mais adequada para verificar se os comportamentos térmicos do material do concreto e do material do vergalhão utilizado são compatíveis entre si, evitando a formação de rachaduras no concreto.
1372) Entre as opções abaixo, a técnica apropriada para uma investigação sobre uma transição de fase estrutural no estado sólido de um dado material é:
- A) Termogravimetria (TG).
- B) Termogravimetria derivada (DTG).
- C) Redução à temperatura programada (TPR).
- D) Calorimetria exploratória diferencial (DSC).
- E) Análise de gases evolvidos (EGA).
A resposta certa é a letra D) Calorimetria exploratória diferencial (DSC).
Essa técnica é apropriada para uma investigação sobre uma transição de fase estrutural no estado sólido de um dado material.
Calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica termoanálise que mede a variação de calor absorvido ou liberado durante uma reação química ou uma transição de fase.
Essa técnica é útil para estudar mudanças de fase, como a fusão ou a cristalização, e também pode ser utilizada para determinar a pureza de um material.
No caso de uma transição de fase estrutural no estado sólido de um material, a DSC é capaz de detectar as mudanças de calor associadas a essa transição, fornecendo informações valiosas sobre a natureza da transição e as propriedades do material.
As outras opções não são apropriadas para essa investigação:
- A) Termogravimetria (TG) mede a perda ou ganho de massa de um material em função da temperatura, mas não é capaz de detectar mudanças de calor associadas a transições de fase.
- B) Termogravimetria derivada (DTG) é uma técnica que mede a taxa de variação de massa em função da temperatura, mas também não é apropriada para estudar transições de fase.
- C) Redução à temperatura programada (TPR) é uma técnica que mede a redução de um material em função da temperatura, mas não é relacionada a transições de fase.
- E) Análise de gases evolvidos (EGA) é uma técnica que mede a quantidade de gases liberados durante uma reação química, mas não é apropriada para estudar transições de fase estrutural.
Portanto, a resposta certa é a letra D) Calorimetria exploratória diferencial (DSC).
1373) O corpo humano possui um complexo sistema termorregulador que mantém aproximadamente a mesma temperatura em diferentes partes do seu interior. Suponha que duas regiões do interior do corpo humano possuam uma diferença de temperatura de apenas 0,600 oC. Sabendo que as escalas de temperatura em graus Celsius (Tc) e Fahrenheit (TF) relacionam-se pela expressão TF – 32 = 1,80TC, esta diferença de temperatura corresponde na escala Fahrenheit a:
- A) 1,08 oF
- B) 33,08 oF
- C) 30,92 oF
- D) 3,00 oF
- E) 0,33 oF
A alternativa correta é letra A) 1,08 oF
Gabarito: LETRA A.
Como o enunciado menciona, as escalas de temperatura em graus Celsius (Tc) e Fahrenheit (TF) relacionam-se pela expressão:
T_F - 32 = 1,80 T_C
Assim, quando T_C = 0°C, temos que:
T_F - 32 = 1,80 cdot 0
T_F = 32°F
Agora, quando {T_C}' = 0,6 °C, temos que:
{T_F}' - 32 = 1,80 cdot 0,6
{T_F}' - 32 = 1,08
{T_F}' = 33,08°F
Então, esta diferença de temperatura corresponde na escala Fahrenheit a:
Delta T_F = {T_F}' - T_F = 33,08 - 32
Delta T_F = 1,08 °F
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).
1374) O corpo humano dispõe de diversos mecanismos de troca de calor com o ambiente a fim de manter o controle da sua temperatura. Um dos mecanismos se dá quando a pele perde calor e aquece o ar que se encontra ao seu redor, o qual se desloca em uma corrente ascendente. Este mecanismo é conhecido como:
- A) Irradiação.
- B) Condução.
- C) Vaporização.
- D) Convecção.
- E) Evaporação.
A alternativa correta é letra D) Convecção.
Gabarito: LETRA D.
a) Irradiação. INCORRETA.
A irradiação é uma forma de transferência de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas, podendo ocorrer no vácuo e nos meios materiais. Alternativa incorreta.
b) Condução. INCORRETA.
A condução térmica é uma forma de transferência de energia térmica que ocorre entre átomos e moléculas vizinhas, de forma que as moléculas em agitação maior (temperatura mais alta) provocam uma maior agitação nas moléculas de temperatura mais baixa. Alternativa incorreta.
c) Vaporização. INCORRETA.
A vaporização é um fenômeno de transformação onde uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Alternativa incorreta.
d) Convecção. CORRETA.
A convecção é um fenômeno de transferência de calor que consiste na transferência de energia térmica através do movimento de um fluido (como o ar), devido à diferença de densidade causada pela diferença de temperatura. Esse fenômeno explica o surgimento das brisas marítimas e terrestres, causadas pela diferença de temperatura entre as massas de ar próximas a superfícies diferentes de calor específico diferentes. Alternativa correta.
e) Evaporação. INCORRETA.
A evaporação também é um fenômeno de transformação onde uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Porém, essa passagem ocorre na superfície do líquido quando suas moléculas ganham energia cinética suficiente para vencer a tensão superficial. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
1375) Em um recipiente de plástico, há 2,0 litros de água à temperatura T_Q = 90 °C. Um estudante deseja obter água à temperatura T = 45 °C. Quantos litros de água, à temperatura T_F = 30 °C, serão necessários misturar à água do recipiente de modo a obter água à temperatura desejada? Considere que há troca de calor apenas entre os volumes de água.
- A) 10
- B) 8,0
- C) 6,0
- D) 4,0
- E) 2,0
A alternativa correta é letra C) 6,0
A questão inicialmente aparenta faltar dados para resolução (apesar de ser a água, que possui densidade e capacidade calorífica conhecidas). Entretanto, caso o aluno não se lembrar dos dados, por simplificação eles não serão necessários.
Q_T = Q_1 + Q_2
0 = m_1 c_{ag} Delta T + m_2 c_{ag} Delta T
0 = 2.000 times d_{ag} times c_{ag} times (45 - 90) + v_2 times d_{ag} times c_{ag} (45-30)
Eliminando d_{ag} e c_{ag} e reorganizando,
2000 times 45 = v_2 times 15
v_2 = 6.000 , mL = 6,0 , L
Gabarito: LETRA C.
1376) O corpo humano possui um complexo sistema termorregulador que mantém aproximadamente a mesma temperatura em diferentes partes do seu interior. Suponha que duas regiões do interior do corpo humano possuam uma diferença de temperatura de apenas 0,600 ^oC. Sabendo que as escalas de temperatura em graus Celsius (T_c) e Fahrenheit (T_F) relacionam-se pela expressão T_F – 32 = 1,80T_C, esta diferença de temperatura corresponde na escala Fahrenheit a:
- A) 1,08 °F
- B) 33,08 °F
- C) 30,92 °F
- D) 3,00 °F
- E) 0,33 ºF
A alternativa correta é letra A) 1,08 °F
CUIDADO! Por se tratar de diferença de temperatura, (duas expressões subtraindo-se), não podemos aplicar a substituição direta (pegadinha que a banca queria induzir). Devemos estabelecer um Delta T substituindo cada um dos componentes e igualando a 0,6.
T_1 - T_2 = 0,6
dfrac {T_{f1}-32}{1,8} - dfrac{T_{f2}-32}{1,8} = 0,6
T_{f1} - 32 - T_{f2} + 32 = 1,08
T_{f1} - T_{f2} = 1,08
Gabarito: LETRA A.
1377) Nos dias frios, é comum ouvir expressões como: “Esta roupa é quentinha” ou então “Feche a janela para o frio não entrar”. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de calor da termodinâmica. A roupa não é “quentinha”, muito menos o frio “entra” pela janela.
A utilização das expressões “roupa é quentinha” e “para o frio não entrar” é inadequada, pois o(a)
- A) roupa absorve a temperatura do corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela.
- B) roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela.
- C) roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela.
- D) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.
- E) calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio.
A alternativa correta é letra D) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.
Gabarito: Letra D.
Nos dias frios, é comum ouvir expressões como: “Esta roupa é quentinha” ou então “Feche a janela para o frio não entrar”. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de calor da termodinâmica. A roupa não é “quentinha”, muito menos o frio “entra” pela janela.
A utilização das expressões “roupa é quentinha” e “para o frio não entrar” é inadequada, pois o(a)
Resolução
Na termodinâmica, o calor é definido como a energia transferida de um sistema para o ambiente, ou de um ambiente para o sistema, devido a uma diferença de temperatura. Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:
a) roupa absorve a temperatura do corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela. INCORRETA.
De fato, o calor sai pela janela em dias frios, já que o calor flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio. Entretanto, a temperatura é uma grandeza física, que é uma propriedade do corpo chamada de função de estado. Dessa forma, a temperatura não pode ser "absorvida", podendo somente aumentar ou diminuir. Alternativa incorreta.
b) roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela. INCORRETA.
O erro da alternativa está no fato de que a temperatura não sai pela janela, mas sim o calor. Alternativa incorreta.
c) roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela. INCORRETA.
Como mencionamos anteriormente, o calor é o trânsito de energia devido a uma diferença de temperatura. O que está contido na sala é energia térmica, e não calor. Alternativa incorreta.
d) calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. CORRETA.
Exato! O que está contido no corpo é a energia térmica, sendo o calor apenas a transferência de energia. Alternativa correta.
e) calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio. INCORRETA.
Novamente, o calor não está contido em um corpo, o que está contida é a energia térmica, sendo o calor apenas a transferência de energia. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
1378) Num dia em que a temperatura ambiente é de 37 °C, uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J.
Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração?
- A) 0,08 g
- B) 0,44 g
- C) 1,30 g
- D) 1,80 g
- E) 80,0 g
Para resolver essa questão, devemos primeiro calcular a quantidade de calor perdida pela pessoa em 2 horas. Como a potência necessária para manter seu metabolismo é de 120 W e 20% dessa energia é dissipada pelo suor, a potência dissipada pelo suor é de 24 W (20% de 120 W). Além disso, como o calor de vaporização do suor é igual ao da água (540 cal/g), podemos calcular a quantidade de calor perdida pela pessoa em 2 horas.
Primeiramente, convertamos a potência dissipada pelo suor de watts para calorias por segundo: 24 W = 24 J/s. Como 1 cal é igual a 4 J, temos que 24 J/s = 6 cal/s. Em 2 horas, que é igual a 7200 segundos, a quantidade de calor perdida pela pessoa é de 6 cal/s × 7200 s = 43200 cal.
Para calcular a quantidade de água perdida, dividimos a quantidade de calor perdida pela pessoa pela quantidade de calor necessária para evaporar 1 g de água (540 cal/g): 43200 cal ÷ 540 cal/g = 80 g.
Portanto, a resposta correta é a letra E) 80,0 g.
OBS: A alternativa correta é de 80,0 g porque a pessoa perde 80 gramas de água em 2 horas para manter sua temperatura corporal constante.
1379) Para a instalação de um aparelho de ar-condicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos (líquidos) e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente.
A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque
- A) diminui a umidade do ar dentro do cômodo.
- B) aumenta a taxa de condução térmica para fora do cômodo.
- C) torna mais fácil o escoamento da água para fora do cômodo.
- D) facilita a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo.
- E) diminui a taxa de emissão de calor por parte do aparelho para dentro do cômodo.
A alternativa correta é letra D) facilita a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo.
Gabarito: Letra D.
Para a instalação de um aparelho de ar-condicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos (líquidos) e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente.
A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque
Resolução:
O funcionamento do ar-condicionado consiste basicamente em retirar o ar quente do ambiente, fazendo-o passar por um sistema de de resfriamento e devolvê-lo mais frio de volta ao ambiente.
Devido ao fenômeno da convecção, que é uma forma de transferência de calor que ocorre através das correntes de convecção mencionadas no enunciado, a sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia pois facilita a circulação das correntes de convecção, já que o ar quente se desloca para a parte superior do cômodo naturalmente, é resfriado pelo aparelho, e se desloca a uma temperatura mais baixa para a parte inferior do cômodo, resfriando o ambiente.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
1380) Supondo que um forno utilize biomassa cujo calor de combustão vale 400kcal/kg e que apenas 40% da energia produzida na queima é absorvida por 10000 tijolos, cuja massa unitária é de 2kg e calor específico de 0,02cal/gºC. Podemos afirmar que na queima a massa de biomassa necessária para que os tijolos varie sua temperatura de 80ºC, em kg, é de:
- A) 100.
- B) 200.
- C) 300.
- D) 400.
- E) 500.
Para resolver essa questão, vamos começar calculando a energia total produzida pela queima da biomassa. Sabemos que o calor de combustão da biomassa é de 400 kcal/kg e que apenas 40% dessa energia é absorvida pelos tijolos. Portanto, a energia total absorvida pelos tijolos é de:
$$E = 0,4 times 400 kcal/kg = 160 kcal/kg$$
Como a massa unitária dos tijolos é de 2 kg, a energia total absorvida por todos os tijolos é de:
$$E_{total} = 1000 times 2 kg times 160 kcal/kg = 320.000 kcal$$
Agora, vamos calcular a variação de temperatura dos tijolos. Sabemos que o calor específico dos tijolos é de 0,02 cal/g°C. Portanto, a variação de temperatura dos tijolos é de:
$$Delta T = frac{E_{total}}{m times c} = frac{320.000 kcal}{1000 times 2 kg times 0,02 cal/g°C} = 80°C$$
Para calcular a massa de biomassa necessária, vamos dividir a energia total produzida pela energia produzida por unidade de massa de biomassa:
$$m_{biomassa} = frac{E_{total}}{E/m} = frac{320.000 kcal}{400 kcal/kg} = 200 kg$$
Portanto, a alternativa correta é a B) 200 kg.
Resposta: B) 200 kg
Essa questão envolve conceitos básicos de termologia, como calor de combustão, calor específico e variação de temperatura. É fundamental lembrar que a energia produzida pela queima da biomassa é absorvida pelos tijolos, o que permite calcular a variação de temperatura e, posteriormente, a massa de biomassa necessária.