Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1381) Considerando que uma caldeira utilizada para produção de energia elétrica funcione com rendimento de 20% de uma máquina de Carnot. Sabendo que as temperaturas trabalho, ou seja, respectivamente, das fontes quente e fria, são de 327ºC e 27°C, podemos afirmar que, de 200kJ recebido da fornalha da caldeira a cada ciclo, a mesma libera para o meio ambiente:
- A) 20kJ.
- B) 60kJ.
- C) 120kJ.
- D) 180kJ.
- E) 200kJ.
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1382) Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.
O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá
- A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
- B) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
- C) mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
- D) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
- E) com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.
A alternativa correta é letra A) mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
Gabarito: letra A
Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam, categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.
O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá
Resolução:
Como o enunciado menciona, os alunos afirmaram que a bandeja de alumínio se encontrava numa temperatura mais baixa. Isso ocorre pois o alumínio possui maior condutividade térmica, o que faz com que o calor seja retirado das mão dos alunos mais rapidamente, dando a sensação de estar em uma temperatura mais baixa.
Dessa forma, a taxa de derretimento será maior na bandeja de alumínio, já que o calor é retirado do gelo mais rapidamente do que na bandeja de plástico.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A).
1383) Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kJ/(kg ºC).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de
- A) 42.
- B) 84.
- C) 167.
- D) 250.
- E) 500.
A alternativa correta é letra C) 167.
Gabarito: letra C
Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kJ/(kg ºC).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de
Resolução:
De acordo com o enunciado, o sistema de arrefecimento irá dissipar, em forma de calor, o dobro da potência instalada, que é de 1,0 MW. Assim, temos que:
P_{diss} = 2,0 , MW = 2 times 10^6 , W
Isso significa que, em 1 segundo, o sistema irá dissipar Q = 2 times 10^6 , J. Então, utilizando a equação do calor sensível, podemos calcular a massa de água que será responsável por retirar o calor, considerando que essa água será devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, Delta theta = 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada. Assim, temos que:
Q = mc Delta theta
m = dfrac { Q } { c Delta theta }
m = dfrac { 2 times 10^6 cancel J} { 4 times 10^3 dfrac {cancel J}{ kg cancel {°C} } 3 cancel{°C} }
m = dfrac 16 times 10^3 , kg
m approx 0,166 times 10^3 , kg
m approx 166,6 , kg
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
1384) Um buffet foi contratado para servir 100 convidados em um evento. Dentre os itens do cardápio constava água a 10ºC. Sabendo que o buffet tinha em seu estoque 30 litros de água a 25ºC, determine a quantidade de gelo, em quilogramas, a 0ºC, necessário para obter água à temperatura de 10º C. Considere que a água e o gelo estão em um sistema isolado.
Dados: densidade da água = 1 g/cm³;
calor específico da água = 1 cal/g.ºC;
calor de fusão do gelo = 80 cal/g.ºC; e
calor específico do gelo = 0,5 cal/g.ºC
- A) 2
- B) 3
- C) 4
- D) 5
A alternativa correta é letra D) 5
Primeiramente iremos calcular a quantidade de energia que deve ser cedida pelo volume de 30L de água para que este alcance a temperatura de 10º C.
Q=mcDelta{T}
vert Qvert =vert 30000times1times(10-25)vert
vert Qvert =vert 30000times1times(-15)vert
Q=30000times1times15=450000,Cal
Então, qual seria a quantidade de gelo a zero graus celsius para, em estado de fusão, fornecer a energia de 450000Cal? Vejamos:
Q=mL
450000=mcdot80
m=5625,g=5,625,kg
Entre as alternativas, não há uma opção com a quantidade exata de gelo para resfriar a água até 10º C, conforme calculado acima.
Gabarito: D
Gabarito do professor: ANULADA
1385) Um estudante irá realizar um experimento de física e precisará de 500 g de água a 0º C. Acontece que ele tem disponível somente um bloco de gelo de massa igual a 500 g e terá que transformá-lo em água. Considerando o sistema isolado, a quantidade de calor, em cal, necessária para que o gelo derreta será:
Dados: calor de fusão do gelo = 80 cal/g. ºC
- A) 40
- B) 400
- C) 4000
- D) 40000
A alternativa correta é letra D) 40000
Para transformar o bloco de gelo em água a zero graus Celsius, precisaremos fornecer a ele energia necessária à fusão:
Q=mL
Q=500•80=40000Cal
Gabarito: D
1386) Em uma panela foi adicionada uma massa de água de 200 g a temperatura de 25ºC. Para transformar essa massa de água totalmente em vapor a 100ºC, qual deve ser a quantidade total de calor fornecida, em calorias? (Considere calor específico da água c = 1cal/gºC)
- A) 1500
- B) 20000
- C) 100000
- D) 123000
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
A quantidade de calor para elevar a temperatura da água a 100^oC será:
Q=mcDelta{T}
Q=200times1times(100-25)
Q=15000,Cal
No entanto, o examinador deveria ter fornecido também o calor latente da água a 100^oC necessária para vaporizá-la totalmente. Como isso não foi informado, a questão foi anulada.
Gabarito: ANULADA
1387) Ao construir uma máquina de Carnot, um engenheiro percebeu que seu rendimento era de 25%. Se a fonte fria trabalha a 25 ºC, a temperatura da fonte quente, em ºC, de tal motor será aproximadamente:
- A) 12,4
- B) 124
- C) 1240
- D) 12400
A alternativa correta é letra B) 124
O rendimento da máquina de uma máquina de Carnot é dado pela seguinte expressão:
mu=(1-frac{T_f}{T_q})tag 1
Passando a temperatura para Kelvin:
T_k=T_c+273
T_k=T_f=25+273=298
Substituindo os valores na equação (1):
0,25=(1-frac{298}{T_q})
frac{298}{T_q}=0,75
T_qapprox397,Ktag 2
Em graus Celsius teremos:
397=T_c+273
T_c=124^oC
Gabarito: B
1388) Segundo Bonjorno & Clinton, em seu livro Física, História e Cotidiano, “O nível de energia interna de um corpo depende da velocidade com que as partículas se movimentam. Se o movimento é rápido, o corpo possui um alto nível de energia interna. Se o movimento é lento, o corpo tem um nível de energia interna baixo”. Investigando-se microscopicamente um corpo, com foco no grau de agitação de suas partículas, podemos medir indiretamente seu (sua) _________________, que será obtido (a) com o uso de um ____________________.
- A) temperatura – calorímetro
- B) temperatura – termômetro
- C) quantidade de calor – termômetro
- D) coeficiente de dilatação linear – calorímetro
A alternativa correta é letra B) temperatura – termômetro
O nível de energia interna de um corpo está associado ao grau de agitação de suas partículas ou moléculas, energia essa também capaz dilatar (ou cpnteair) as dimensões de um corpo. Daí o nome do instrumento para medir indiretamente a energia interna de um corpo: termômetro.
A esse nível de agitação, na física, dá-se o nome de temperatura, que podem ser mensuradas, por exemplo, em graus kelvin ou Celsius.
Gabarito: B
1389) Um portão de alumínio retangular de 1m de largura e 2m de altura a 10 ºC, cujo coeficiente de dilatação linear é 24. 10^{-6} ºC^{-1}, sob o sol, atingiu a temperatura de 30ºC. Qual a porcentagem aproximada de aumento de sua área após a dilatação?
- A) 0,1
- B) 0,2
- C) 0,3
- D) 0,4
A alternativa correta é letra A) 0,1
Para saber o quanto irá dilatar a área do portão, precisaremos saber qual é o coeficiente de dilatação superficial do material constituinte do alumínio. Esse coeficiente é definido como sendo o dobro do coeficiente de dilatação linear:
alpha_s=2alpha_l
alpha_s=2cdot24. 10^{-6} ºC^{-1}=48. 10^{-6} ºC^{-1}
Agora podemos calcular a variação de área do portão:
Delta{S}=S_0alpha_sDelta{T}
Delta{S}=1cdot2cdot48. 10^{-6}cdot(30-10)
Delta{S}=96cdot10^{-6}cdot20=1,92cdot10^{-3}=0,00192,m^2
Delta{S}approx0,002,m^2
Logo, a variação percentual da área do portão será:
mu=frac{0,002}{2}times100%
mu=0,1%
Gabarito: A
1390) Em um laboratório de física é proposta uma experiência onde os alunos deverão construir um termômetro, o qual deverá ser constituído de um bulbo, um tubo muito fino e uniforme, ambos de vidro, além de álcool colorido, conforme a figura abaixo.
O bulbo tem capacidade de 2,0 , cm^3, o tubo tem área de secção transversal de 1,0 ⋅10^{−2}, cm^2 e comprimento de 25 ,cm.
No momento da experiência, a temperatura no laboratório é 30 °C, e o bulbo é totalmente preenchido com álcool até a base do tubo. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação do álcool é 11⋅10^{−4} °C^{−1} e que o coeficiente de dilatação do vidro utilizado é desprezível comparado ao do álcool, a altura h, em cm, atingida pelo líquido no tubo, quando o termômetro for utilizado em um experimento a 80 °C, é
- A) 5,50
- B) 11,0
- C) 16,5
- D) 22,0
A alternativa correta é letra B) 11,0
Gabarito: LETRA B.
Para calcular a altura h atingida pelo líquido no tubo quando o termômetro é usado a 80 °C, podemos usar a equação da dilatação volumétrica:
Delta V = V_0 gamma Delta T
Onde V_0 é o volume inicial do líquido, gamma é o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido e Delta T é a variação de temperatura.
Como o bulbo é totalmente preenchido com álcool até a base do tubo quando a temperatura no laboratório é 30 °C, a variação de volume do líquido causado pelo aumento de temperatura até 80 °C corresponde ao volume da coluna de líquido no tubo fino. Assim, sendo A a área da secção transversal do tubo, a equação acima se torna:
A cdot h = V_{bulbo} cdot gamma cdot Delta T
h = dfrac { V_{bulbo} cdot gamma cdot Delta T } A
Assim, substituindo os valores do enunciado, temos:
h = dfrac { 2,0 cdot 11 times 10^{-4} cdot left( 80 - 30 right) } { 1,0 times 10^{-2} }
h = 11 , cm
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).