Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1411) Em relação à primeira lei da termodinâmica, analise as afirmativas abaixo:
I. A energia interna de um sistema corresponde à soma das energias cinética e potencial das partículas que constituem um gás.
II. Se o volume de um sistema (como um gás) é mantido constante, todo o calor recebido é convertido em trabalho, pois, nesse caso, não há variação da energia interna do sistema.
III. Na prática não é possível que uma máquina térmica apresente 100% de eficiência, ou seja, uma máquina térmica real não é capaz de converter todo o calor recebido para trabalho.
IV. Um processo adiabático é aquele em que o calor não pode entrar ou sair do sistema em função de um isolamento térmico. Assim a única troca possível de energia entre o sistema e o ambiente é através de trabalho.
Em relação às afirmações, estão corretas EXCETO:
- A) II
- B) I
- C) III
- D) IV
Resposta: A) II
Afirmativa II está incorreta. Quando o volume de um sistema (como um gás) é mantido constante,, oferece uma condição para que todo o calor recebido seja convertido em trabalho. No entanto, isso não é verdade, pois, mesmo mantendo o volume constante, há sempre alguma perda de calor para o ambiente, o que implica que não todo o calor recebido é convertido em trabalho.
Isso ocorre porque a eficiência de uma máquina térmica nunca é de 100%, ou seja, parte do calor recebido sempre é perdida para o ambiente, e não é convertida em trabalho. Além disso, a primeira lei da termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema é igual à soma do calor recebido e do trabalho realizado sobre o sistema, ou seja, ΔU = Q - W.
Portanto, mesmo mantendo o volume constante, há sempre uma troca de calor entre o sistema e o ambiente, o que implica que não todo o calor recebido é convertido em trabalho.
1412) O fato de a temperatura do corpo de uma criança não baixar após a administração de antitérmicos não significa que o fármaco seja ineficaz. Nesses casos, pode-se recorrer a medidas físicas para ajudar a baixar a temperatura, como o banho de imersão. O banho tem maior eficácia nas crianças mais novas e consiste na imersão da criança em água 2ºC a 5ºC abaixo da temperatura corporal durante 15 a 20 minutos.
Disponível em: <http://www.educare.pt/opiniao>. Acesso em: 10 nov. 2016. Adaptado.
Para compreender melhor os processos físicos associados ao banho de imersão citado no texto, um estudante realizou uma experiência que consistia em mergulhar uma esfera metálica de 100,0g, à temperatura de 40ºC, em um calorímetro com capacidade térmica de 20cal/ºC, que continha 1,0 litro de água a 35ºC.
Considerando-se essa informação e admitindo-se o coeficiente de dilatação linear da esfera da ordem de 10–6 ºC–1, a densidade da água igual a 1,0g/cm3, o calor específico da esfera igual a 0,2cal/gºC e o calor específico da água igual a1,0cal/gºC, pode-se afirmar que
- A) o volume da esfera aumentou cerca de 0,1%.
- B) a esfera cedeu aproximadamente 1000cal.
- C) a água do calorímetro recebeu cerca de 900cal.
- D) o calorímetro recebeu aproximadamente 100cal.
- E) o equilíbrio térmico ocorreu a, aproximadamente, 35,1ºC.
A alternativa correta é letra E) o equilíbrio térmico ocorreu a, aproximadamente, 35,1ºC.
A densidade da água é de 1 g/cm3, correspondente a 1 kg/l. Como há 1 l de água, a massa vale 1 kg, ou seja, 1.000 gramas.
Essa água receberá calor da esfera quente, de modo que a quantidade de calor recebida pela água é igual, em módulo, à quantidade de calor fornecida pela esfera inicialmente quente.
Seja Q_1 a quantidade de calor recebida pela água. Ela é dada por:
Q_1 = m times c times Delta T
A massa da água é de m= 1.000 g, o calor específico é de c = 1 cal/gºC e variação de temperatura é de T_F - 35 oC, em que T_F é a temperatura final em graus Celsius.
Q_1 = 1.000 times 1 times (T_F - 35)
A esfera também terá temperatura final T_F no equilíbrio térmico. A quantidade de calor fornecida pela esfera é dada por:
Q_2 = m times c times Delta T
Q_2 = 100 times 0,2 times (T_F - 40)
Q_1 será positivo (pois a água recebe calor) e Q_2 será negativo (pois fornece calor), mas possuem o mesmo módulo. Assim, podemos multiplicar -Q_1 é igual a Q_2. Ficamos com esta equação:
- 1.000 times 1 times (T_F - 35) = Q_2 = 100 times 0,2 times (T_F - 40)
1.000 times 1 times (35 - T_F ) = Q_2 = 100 times 0,2 times (T_F - 40)
Resolvemos a equação.
1.000 Delta (35 - T_F ) = 20 times (T_F - 40)
50 times (35 - T_F ) = T_F - 40
1.750 - 50T_F = T_F - 40
51t_F = 1.790 to T_F approx 35,1^circ C
Está correta a letra E.
A quantidade de calor recebida pela água e a quantidade de calor fornecida pela esfera têm módulo igual a:
Q_1 = 1.000 times 1 times (T_F - 35)
Q_1 = 1.000 times 1 times (35,1 - 35)
Q_1 = 1.000 times 1 times 0,1 = 100 cal.
Gabarito: Letra E.
1413) A procura pelo serviço de “congelamento” ou vitrificação de óvulos e embriões aumentou, significativamente, nas clínicas de reprodução humana assistida, desde que a microcefalia atingiu índices alarmantes, modificando os planos de maternidade de mulheres no limite da idade fértil. Na fase de armazenamento, o óvulo é inserido em nitrogênio líquido a uma temperatura absoluta de 77K. Essa temperatura medida na escala Celsius é igual a, aproximadamente,
- A) –273
- B) –196
- C) –173
- D) –77
- E) –32
A alternativa correta é letra B) –196
Subtraímos uma temperatura em Kelvin por aproximadamente 273 para obter a temperatura em graus Celsius.
A temperatura de 77 K corresponde a 77-273 = -196 ^circ C.
Gabarito: Letra B.
1414) Um cidadão procurou a justiça comum, para propor uma ação que comprovasse a veracidade da composição de uma joia, que lhe venderam, dizendo possuir 9,0g de ouro e 1,0g de cobre. Um perito determinou o peso da joia, como sendo 10,0gf, aqueceu-a até 520ºC, temperatura inferior ao ponto de fusão dos dois metais e, em seguida, a colocou em um calorímetro de capacidade térmica 20cal/gºC, que continha 80g de água a 18ºC.
Sabendo-se que o equilíbrio térmico estabeleceu-se a 20ºC e considerando o calor específico do ouro igual a 0,03cal/gºC e o do cobre igual a 0,09cal/gºC, pode-se afirmar que a massa de ouro existente na joia era igual, em gramas, a aproximadamente
- A) 8,7
- B) 8,3
- C) 7,8
- D) 7,5
- E) 7,0
A alternativa correta é letra B) 8,3
Para resolver esse problema, vamos utilizar a equação da quantidade de calor transferido:
Q = m c ΔT
Observem pessoal que o tanto de calor cedido pelo cobre e pelo ouro (que estão aquecidos) equivale ao calor absorvido pela água que está mais fria.
Q_{ouro} + Q_{cobre} = Q_{ag}
(m c Delta t)_{ouro} + (m c Delta t)_{cobre} + (m c Delta t)_{agua} = 0
m_{ouro} times 0,03 times (20 - 520) + m_{cobre} times 0,09 times (20 - 520) + 80 times 20 times (20 - 18) = 0
Sabemos que a soma das duas massas de ouro e cobre tem que totalizar 10,0 g.
m_{ouro} + m_{cobre} = 10
m_{cobre} = 10 - m_{ouro}
- 15 m_{ouro} - 45 times (10 - m_{ouro}) = -3.200
30 m_{ouro} = - 3.200 + 450
30 m_{ouro} = - 2.750
m_{ouro} = - 91,67 , g
Aqui já verificamos uma impropriedade na questão ao fornecer uma massa negativa.
A questão aponta o gabarito como sendo a LETRA B.
Entretanto, podemos ver alguns erros/omissões na questão.
O primeiro deles: o calor específico da água é 1 cal/gºC. Quando a questão forneceu o valor de 20 cal/gºC do calorímetro, acredita-se que ela estava estipulando a capacidade calorífica C apenas do calorímetro (recipiente). Com isso teríamos que calcular tanto o do recipiente (Q = m C) quanto o da água (Q = m c Delta T).
Como ela não fornece dados sobre a massa do calorímetro e como o cálculo não tem saída, a questão deveria ter sido anulada.
Gabarito da banca: LETRA B.
Gabarito do professor: ANULADA.
1415) Na investigação da causa de um acidente com uma composição ferroviária, os peritos concluíram que houve falha no dimensionamento de uma linha férrea que dilatou com o aumento da temperatura e se desprendeu dos dormentes fixadores.
Considerando-se uma linha férrea cujo coeficiente de dilatação linear é de 1,8.10–5 °C–1 e que, submetida a uma variação de temperatura de 20,0°C, aumentou o comprimento de 10,0mm, pode-se afirmar que o comprimento inicial da linha férrea, em metros, era de, aproximadamente,
- A) 25
- B) 26
- C) 27
- D) 28
- E) 29
A alternativa correta é letra D) 28
Aplicação direta da fórmula:
Delta V = V_0 times alpha times Delta T
10 times 10^{-3} = V_0 times 1,8 times 10^{-5} times 20
V_0 = 27,78 , m
O valor arredondado é igual a 28 metros. Observar que as variações de uma alternativa a outra é pequena. Em questões assim (com alternativas próximas em valores), evitar fazer arredondamentos para não cair na alternativa errada.
Gabarito: LETRA D.
1416) Determinado gás realiza um trabalho igual a 20 J ao receber uma quantidade de calor igual a 100 J. Considerando que a energia interna do gás antes do recebimento de calor era 150 J, a energia após o recebimento é:
- A) 210 J.
- B) 270 J.
- C) 250 J.
- D) 170 J.
- E) 230 J.
A alternativa correta é letra E) 230 J.
Gabarito: LETRA E.
Para determinar a energia interna após o recebimento de calor, podemos usar a Primeira Lei da Termodinâmica, que relaciona a variação da energia interna (Delta U) de um sistema com o trabalho (W) realizado e o calor (Q) absorvido:
Delta U = Q - W
De acordo com o enunciado, o trabalho realizado pelo gás é 20 J (positivo) e o calor recebido pelo gás é 100 J. Substituindo esses valores na equação acima, temos:
Delta U = 100 - 20
Delta U = 80 J
Ou seja, a variação da energia interna do gás após o recebimento de calor é 80 J. Logo, a energia interna final é dada por:
Delta U = U_{final} - U_{inicial}
80 = U_{final} - 150
U_{final} = 80 + 150
U_{final} = 230 , J
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
1417) Um estudante está em um laboratório de Física, onde a temperatura registrada por um termômetro digital é 25 °C. Ele faz vibrar um diapasão que emite a nota Lá, 440 Hz, e lembra de uma fórmula empírica que permite calcular aproximadamente a velocidade com que o som se propaga no ar:
V = 330 + 0,6 T
Em que V representa a velocidade do som no ar em m/s e T é a temperatura em °C. Na situação descrita, é correto afirmar que o comprimento de onda das ondas sonoras emitidas pelo diapasão tem um valor, em cm, aproximadamente de
- A) 33.
- B) 62.
- C) 74.
- D) 76.
- E) 78.
Olá! Vamos resolver essa questão de Física sobre Termologia.
Para calcular o comprimento de onda das ondas sonoras emitidas pelo diapasão, precisamos utilizar a fórmula empírica dada: V = 330 + 0,6T, onde V é a velocidade do som no ar em m/s e T é a temperatura em °C.
Substituindo o valor de T (25°C) na fórmula, obtemos: V ≈ 330 + 0,6(25) = 330 + 15 = 345 m/s.
Agora, para calcular o comprimento de onda, precisamos utilizar a fórmula: λ = V / f, onde λ é o comprimento de onda e f é a frequência do som (440 Hz, no caso).
Substituindo os valores, obtemos: λ ≈ 345 / 440 ≈ 0,78 m. Convertendo para centímetros, temos: λ ≈ 78 cm.
Portanto, a alternativa correta é a letra E) 78.
Essa resposta é correta porque, ao calcular a velocidade do som no ar com a temperatura dada, e em seguida, calcular o comprimento de onda com a frequência do som emitido pelo diapasão, obtemos um valor aproximado de 78 cm.
1418) Um estudante, para calcular a capacidade térmica de um calorímetro, executa um experimento no qual inicialmente ele coloca 200 g de água, à temperatura ambiente, que é 25 °C, no calorímetro. Em seguida, com ajuda de um aquecedor de imersão, aquece 300 g de água até 40 °C e introduz também no calorímetro. Após um pequeno intervalo de tempo, observa que a temperatura do termômetro instalado no calorímetro indica 33 °C e não mais varia. Sabendo que o calor específico da água vale 1,0 cal/g.°C, o valor obtido para a capacidade térmica, em cal/°C, é
- A) 462,5.
- B) 250.
- C) 200.
- D) 125.
- E) 62,5.
Resposta: E) 62,5
Para calcular a capacidade térmica do calorímetro, precisamos analisar a transferência de calor entre a água quente e a água fria. Inicialmente, temos 200 g de água a 25°C no calorímetro. Em seguida, adicionamos 300 g de água aquecida a 40°C. Depois de um pequeno intervalo de tempo, a temperatura do termômetro instala no calorímetro indica 33°C e não mais varia.
Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de calor específico: Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor transferida, m é a massa da substância, c é o calor específico da substância e ΔT é a variação de temperatura.
No caso da água quente, temos uma perda de calor, pois a temperatura diminui de 40°C para 33°C. A variação de temperatura é ΔT = 40°C - 33°C = 7°C. A quantidade de calor perdida pela água quente é Qperdida = mágua quente × c × ΔT = 300 g × 1,0 cal/g°C × 7°C = 2100 cal.
Já no caso da água fria, temos um ganho de calor, pois a temperatura aumenta de 25°C para 33°C. A variação de temperatura é ΔT = 33°C - 25°C = 8°C. A quantidade de calor ganha pela água fria é Qganha = mágua fria × c × ΔT = 200 g × 1,0 cal/g°C × 8°C = 1600 cal.
Como o sistema atinge o equilíbrio térmico, a quantidade de calor perdida pela água quente é igual à quantidade de calor ganha pela água fria: Qperdida = Qganha. Isso significa que o calorímetro absorveu uma quantidade de calor Qcalorímetro = Qperdida - Qganha = 2100 cal - 1600 cal = 500 cal.
A capacidade térmica do calorímetro é então calculada pela fórmula: C = Qcalorímetro / ΔT = 500 cal / 8°C = 62,5 cal/°C.
Portanto, a resposta correta é a letra E) 62,5.
1419) Um meteorologista mediu por duas vezes em um mesmo dia a umidade relativa do ar e a temperatura do ar quando estava em um pequeno barco a remo no meio de um grande lago. Os dados encontram-se apresentados na tabela a seguir:
Medida
Temperatura do ar
300 K
300 K
Diante do exposto, a razão entre as taxas de evaporação de água do lago calculadas na primeira e na segunda medida de umidade relativa do ar é:
- A) 16/13
- B) 17/14
- C) 2
- D) 7/4
- E) 4
A alternativa correta é letra C) 2
A taxa evaporação ou velocidade de evaporação do é dada pela seguinte expressão:
T=frac{Kcdot A(F - f)}{Pe}
Onde K é uma constante que depende da natureza do líquido, A é a área livre da superfície do líquido, F é a pressão máxima dos vapores de água na atmosfera, f é a pressão parcial dos vapores de água (f depende da umidade relativa do ar) e P_e é a pressão externa sobre a água. Logo,
T_1=frac{Kcdot A(F - 0,4F)}{Pe}
T_1=frac{Kcdot A(0,6F)}{Pe}
T_2=frac{Kcdot A(F - 0,7F)}{Pe}
T_2=frac{Kcdot A(0,3F)}{Pe}
frac{T_1}{T_2}=frac{frac{Kcdot A(0,6F)}{Pe}}{frac{Kcdot A(0,3F)}{Pe}}
boxed{frac{T_1}{T_2}=2}
E assim concluímos que o gabarito é a letra C.
Gabarito:C
1420) Deseja-se minimizar a taxa de transferência de calor em uma parede feita de um determinado material, de espessura conhecida, submetendo-a a um diferencial de temperatura. Isso é feito adicionando-se uma camada isolante refratária de 15% da espessura da parede, de forma que cuidadosas medidas experimentais indicam que a taxa de transferência de calor passa a ser 40% em relação à situação original. Supondo que o diferencial de temperatura entre as extremidades livres da parede original e da parede composta seja o mesmo, pode-se afirmar que a condutividade térmica do material refratário é numericamente igual a
- A) 10 % da condutividade térmica do material da parede.
- B) 15 % da condutividade térmica do material da parede.
- C) 4,5 % da condutividade térmica do material da parede.
- D) 22,22 % da condutividade térmica do material da parede.
- E) 33,33 % da condutividade térmica do material da parede.
A alternativa correta é letra A) 10 % da condutividade térmica do material da parede.
O fluxo de calor que flui por condução num material é dado por:
Phi=frac{KADelta{T}}{d}
Onde K é a condutividade térmica do material, A é a área por onde flui o fluxo de calor e Delta{T} é o diferencial de temperatura entre os diferentes lados separados pelo material isolante e d é a espessura da placa. Então, na primeira situação teremos o fluxo de calor por um material isolante de espessura d_1:
Phi_1=frac{K_1ADelta{T}}{d_1}
O material refratário adicionado tem 15% da espessura do material original. Então teremos:
Phi_2=frac{K_2ADelta{T_2}}{0,15d_1}
Conforme enunciado, o fluxo Phi_2 passa a ser 40% do fluxo do fluxo original Phi_1. Esse é o novo fluxo que será conduzido por ambas as placas justapostas de constantes K_1 e K_2. Então teremos:
Phi_2=Phi'_1=0,4Phi_1=0,4frac{K_1ADelta{T}}{d_1}
E assim fazemos as seguintes identidades:
0,4frac{K_1ADelta{T}}{d_1}=frac{K_1ADelta{T_1}}{d_1}
Delta{T_1}=0,4Delta{T}tag 1
0,4frac{K_1ADelta{T}}{d_1}=frac{K_2ADelta{T_2}}{0,15d_1}
Delta{T_2}=0,06frac{K_1}{K_2}Delta{T}tag 2
Lembrem-se que o diferencial de temperatura inicial é igual a soma dos diferenciais de temperatura entre as paredes de ambos os materiais, então:
Delta{T}=Delta{T_1} + Delta{T_2}
Delta{T}=0,4Delta{T} + 0,06frac{K_1}{K_2}Delta{T}
frac{K_1}{K_2}=10
ou
boxed{frac{K_2}{K_1}=0,1=frac{10}{100}}
Analisemos as alternativas:
pode-se afirmar que a condutividade térmica do material refratário é numericamente igual a
a) 10 % da condutividade térmica do material da parede. Correto.
b) 15 % da condutividade térmica do material da parede. Errado.
c) 4,5 % da condutividade térmica do material da parede. Errado.
d) 22,22 % da condutividade térmica do material da parede. Errado.
e) 33,33 % da condutividade térmica do material da parede. Errado.
Gabarito: A