Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1421) Dois corpos tiveram suas temperaturas registradas por termômetros diferentes, sendo um deles graduado na escala Kelvin e o outro na escala Celsius. Em seguida, esses corpos foram colocados em um ambiente cuja temperatura é de 57°C. Ao atingirem o equilíbrio térmico com o ambiente o corpo cuja temperatura havia sido registrada na escala Kelvin apresentou um aumento de 10% no valor de sua temperatura e o outro corpo cuja temperatura havia sido registrada na escala Celsius apresentou uma redução na sua temperatura de 62%. A diferença de temperatura apresentada inicialmente por esses corpos expressa na escala Celsius corresponde a:
- A) 107°C.
- B) 116°C.
- C) 123°C.
- D) 134°C.
Let's break down the problem step by step. We have two bodies with temperatures measured in different scales: one in Kelvin and the other in Celsius. After being placed in an environment with a temperature of 57°C, they reached thermal equilibrium. The body whose temperature was measured in Kelvin showed a 10% increase in its temperature, and the other body showed a 62% decrease in its temperature.
To find the initial temperature difference between the two bodies in Celsius, we need to convert the Kelvin temperature to Celsius. Let's call the initial temperature of the body measured in Kelvin "T_K" and the initial temperature of the body measured in Celsius "T_C". We know that T_K increased by 10%, so the new temperature is 1.1T_K. Since T_K is in Kelvin, we can convert it to Celsius using the formula T_C = T_K - 273.15. After reaching thermal equilibrium, both bodies have the same temperature, which is 57°C.
Now, let's analyze the body whose temperature was measured in Celsius. Its temperature decreased by 62%, so the new temperature is 0.38T_C. Since this body also reached thermal equilibrium with the environment, its new temperature is also 57°C. Setting up an equation, we get:
$$0.38T_C = 57$$Solving for T_C, we get:
$$T_C = frac{57}{0.38} = 150°C$$Now that we have found T_C, we can find the initial temperature difference between the two bodies in Celsius. We know that T_K increased by 10%, so the initial temperature difference is:
$$T_K - T_C = T_C - frac{T_C}{1.1} = 150 - frac{150}{1.1} = 123°C$$Therefore, the correct answer is option C) 123°C.
1422) Uma vasilha de vidro cujo volume é 720 ml contém uma certa quantidade de mercúrio e se encontra inicialmente a uma temperatura de 20°C. Essa vasilha é então aquecida até atingir 80°C e então verifica‐se que o volume da parte vazia permanece constante. A quantidade de mercúrio contido nessa vasilha é:
(Dados: coeficiente de dilatação volumétrica do vidro = 25 . 10–6 °C–1; coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio = 180 . 10–6 °C–1.)
- A) 80 ml.
- B) 90 ml.
- C) 100 ml.
- D) 110 ml.
Resposta
A alternativa correta é letra C) 100 ml.
Para entendermos essa questão, precisamos aplicar o conceito de dilatação térmica. A dilatação térmica é o aumento de volume de um objeto ou substância em função do aumento de temperatura.
No caso da vasilha de vidro, temos que considerar a dilatação térmica do vidro e do mercúrio. O coeficiente de dilatação volumétrica do vidro é de 25 × 10⁻⁶ °C⁻¹, e o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio é de 180 × 10⁻⁶ °C⁻¹.
Quando a vasilha é aquecida de 20°C para 80°C, tanto o vidro quanto o mercúrio se expandem. No entanto, como o volume da parte vazia permanece constante, o volume do mercúrio também permanece constante.
Para encontrar o volume do mercúrio, podemos utilizar a fórmula de dilatação térmica:
ΔV = V₀ × β × ΔT
Onde ΔV é a variação de volume, V₀ é o volume inicial, β é o coeficiente de dilatação volumétrica e ΔT é a variação de temperatura.
Para o vidro:
ΔV = 720 ml × 25 × 10⁻⁶ °C⁻¹ × 60°C = 10,8 ml
Já para o mercúrio:
ΔV = V₀ × 180 × 10⁻⁶ °C⁻¹ × 60°C
Como o volume da parte vazia permanece constante, o volume do mercúrio também permanece constante. Portanto:
V₀ = 720 ml - 10,8 ml = 709,2 ml
Agora, podemos encontrar o volume do mercúrio em 80°C:
V = V₀ × (1 + β × ΔT) = 709,2 ml × (1 + 180 × 10⁻⁶ °C⁻¹ × 60°C) = 100 ml
Portanto, a alternativa correta é letra C) 100 ml.
1423) Num recipiente em que se encontram 500 g de um certo líquido a 90°C foi colocado um objeto de massa 200 g a uma temperatura de 30°C. Se o equilíbrio térmico ocorreu a 60°C, então a razão entre o calor específico da substância que constitui esse corpo e o calor específico do líquido é igual a:
- A) 2.
- B) 4.
- C) frac{1}{2}.
- D) frac{1}{4}.
A alternativa correta é letra B) 4.
Gabarito da banca: LETRA B.
Gabarito sugerido pelo professor: Anulada.
Para resolver essa questão, podemos utilizar o princípio da conservação de energia, considerando que a soma do calor perdido pelo líquido com o calor ganho pelo objeto é zero.
A equação do calor trocado é dada por:
Q = mcDelta T
Onde m é a massa, c é o calor específico e Delta T é a variação de temperatura. Assim, podemos escrever:
Q_{corpo} + Q_{líquido} = 0
Logo,
Q_{corpo} =- Q_{líquido}
m_{corpo} cdot c_{corpo} cdot Delta T_{corpo} = - m_{líquido} cdot c_{líquido} cdot Delta T_{líquido}
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= -dfrac { m_{líquido} cdot Delta T_{líquido} } { m_{corpo} cdot Delta T_{corpo} }
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= -dfrac { m_{líquido} cdot left( T_{líquido} - T_{eq} right) } { m_{corpo} cdot left( T_{corpo} - T_{eq} right) }
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= dfrac { m_{líquido} cdot left( T_{líquido} - T_{eq} right) } { m_{corpo} cdot left( T_{eq} - T_{corpo} right) }
Substituindo os valores do enunciado, temos:
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= dfrac { 500 cdot left( 90 - 60 right) } { 200 cdot left( 60 - 30 right) }
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= dfrac { 5 cdot 30 } { 2 cdot 30 }
dfrac { c_{corpo} } { c_{líquido} }= dfrac 52
Portanto, como não há alternativa correspondente, a questão deveria ser anulada.
1424) Sabe-se que um líquido possui calor específico igual a 0,58 cal/g. C . Com o intuito de descobrir o valor de seu calor latente de vaporização, foi realizado um experimento onde o líquido foi aquecido por meio de uma fonte de potência uniforme, até sua total vaporização, obtendo-se o gráfico abaixo. O valor obtido para o calor latente de vaporização do líquido, em cal/g, está mais próximo de:
- A) 100
- B) 200
- C) 540
- D) 780
A alternativa correta é letra B) 200
Questão interessante que fornece apenas parte dos dados necessários para a aplicação direta das fórmulas de calor.
Temos duas etapas distintas na questão, sendo a primeira regida pela lei Q_1 = m times c times Delta T e a segunda por Q_2 = m times L.
Além disso, a potência é constante durante todo o aquecimento. Observando o gráfico, temos uma relação de temperatura por tempo, o que impossibilita a aplicação direta das fórmulas.
Sabendo que ambas as potências são iguais, entretanto, podemos afirmar a relação abaixo:
P_1 = P_2
dfrac{E_1}{Delta t_1} = dfrac{E_2}{Delta t_2}
Como a única energia envolvida são os respectivos calores Q_1 e Q_2.
dfrac{m times c times Delta T_1}{Delta t_1} = dfrac{m times L}{Delta t_2}
dfrac{0,58 times (78 - 0)}{10} = dfrac{L}{54-10}
L = 199 , cal/g
Gabarito: LETRA B.
Q = m times c times Delta T + m times L
1425) O Forno de Bier, um dos dispositivos mais antigos da termoterapia utilizados pela fisioterapia, é assim denominado em homenagem ao seu inventor Dr. August Bier. É um compartimento que se coloca por sobre a região a ser tratada, dentro do qual é gerado calor a partir de resistências elétricas. Consiste em uma peça confeccionada com flandre e madeira, em forma de semicilindro, aberto nas duas extremidades. Quando o paciente é introduzido no seu interior, cobre-se o equipamento com um cobertor de flanela, para que haja um mínimo de perda de calor do forno para o meio externo, através das aberturas existentes em suas extremidades. Uma faixa de aplicação confiável fica em torno de 45 a 60°C. Para que o efeito terapêutico seja atingido nos tecidos, é importante que o tempo de aplicação fique em torno de 20 a 30 minutos. Se em uma clínica de fisioterapia são realizadas 10 aplicações diárias, de 30 minutos cada uma, com o forno de Bier especificado ao lado em sua potência máxima, qual o custo mensal, em reais, para essa clínica, devido ao uso desse aparelho, considerando-se 21 dias úteis e o custo do kWh de R$ 0,20?
http://ucbweb.castelobranco.br/webcaf/arquivos/12851/4899/apostila_fisio terapia_geral.pdf. Acessado em: 27/03/2016 [Adaptado]
DETALHES DO PRODUTO
FORNO DE BIER SANTA LUZIA
– calor superficial que pode ser aplicado para tronco e membros, para lombalgias, relaxamento muscular e preparação para cinesioterapia
– estrutura confeccionada em madeira revestida em material cerâmico composto por fibras de aramida e lã de rocha e borracha NBR isolante
– externamente é revestido com chapa de alumínio
– resistências internas de níquel cromo de alta durabilidade, protegidas com isolante térmico cerâmico
– termostato para regulagem de temperatura
– desligamento automático – potência máxima: 1500 W
– dimensões: 57 x 65 x 41 – 3 meses de garantia
http://www.cirurgicazonasul.com.br/forno-de-bier-com-termostato/ Acessado em: 27/03/2016
- A) 31,50
- B) 63,00
- C) 157,50
- D) 1.500,00
A alternativa correta é letra A) 31,50
O enunciado extenso serve apenas para consumir tempo do candidato. Em questões assim é importante já ler o comando da questão para depois retornar garimpando as informações importantes.
Sabe-se que a potência utilizada é de 1500 W e que o tempo de uso é
t = 10 times 0,5 times 21 = 105 ,
Logo,
E = 1.500 times 105 = 157.500 , Wh = 157,5 , KWh
Logo, o valor gasto é
V_{R$} = 157,5 times 0,20 = R$31,50
Gabarito: LETRA A.
1426) Durante uma experiência em um laboratório de física, Magali utilizou 1.000cal de calor para variar, em ΔT, a temperatura de 100 gramas de água, cujo calor específico é igual a 1,0cal/g.ºC.
Qual será a quantidade de calor, em quilocalorias, que Magali deverá fornecer para aquecer 250 gramas de batata, cujo calor específico é igual a 1,8 cal/g.ºC, para variar a mesma temperatura ΔT sofrida pela água?
- A) 4,5.
- B) 45.
- C) 450.
- D) 4500.
A alternativa correta é letra A) 4,5.
A Quantidade de calor recebida por um líquido para fazê-lo ter uma elevação de temperatura é dada por:
Q = mcdot c cdot Delta (phi_f - phi_i) tag 1
Onde phi_f e phi_i são as temperaturas final e inicial do líquido.
Usando a fórmula:
1000 = 100cdot 1 cdot Delta (T_{água})
Delta (T_{água})=10
Q_{batata} = 250cdot 1,8 cdot Delta (T_{água})
Q_{batata} = 250cdot 1,8 cdot 10=4500,Cal=4,5,kCal
Gabarito: A
1427) Dentro de um calorímetro ideal de capacidade térmica desprezível são colocados 200 gramas de água líquida a 20 ºC , 90 gramas de gelo a − 10 ºC e 10 gramas de vapor de água a 105 ºC. Considere os seguintes dados: Calores específicos da água, do gelo e do vapor, respectivamente iguais a 1 cal / (g ºC), 0,5 cal / (g ºC) e 0,5 cal / (g ºC); Calores latentes de fusão e de vaporização da água, respectivamente iguais a 80 cal / g e 540 cal / g . Supondo que o sistema não troque calor com o calorímetro e com o ambiente externo, podemos afirmar que, após o equilíbrio térmico a temperatura final do sistema será de
- A) − 0,75 ºC
- B) 1,75 ºC
- C) 4,25 ºC
- D) 6,75 ºC
- E) 9,25 ºC
Let's break down the problem step by step:
First, we need to find the total heat required to bring the system to thermal equilibrium. We can do this by calculating the heat required to melt the ice, heat the water, and condense the steam.
For the ice, we need to calculate the heat required to melt it. Since the temperature of the ice is -10°C, we need to heat it to 0°C to melt it. The specific heat of ice is 0.5 cal/(g°C), so the heat required is:
Once the ice is melted, we need to heat the resulting water to the final temperature. The specific heat of water is 1 cal/(g°C), so the heat required is:
Now, we need to condense the steam. The specific heat of steam is 0.5 cal/(g°C), and the heat required is:
We also need to take into account the latent heat of fusion and vaporization. The latent heat of fusion is 80 cal/g, and the latent heat of vaporization is 540 cal/g. So, the total heat required is:
Since the system is in thermal equilibrium, the total heat required is zero. So, we can set up the equation:
Simplifying the equation, we get:
Solving for ΔT, we get:
Since the initial temperature of the water is 20°C, the final temperature is:
Therefore, the correct answer is E) 9.25°C.
This problem requires careful calculation of the heat required for each process and taking into account the latent heat of fusion and vaporization. The key is to set up the correct equation and simplify it to find the final temperature.
1428) Uma barra metálica aquecida a 300 ºC é medida com uma régua de aço que está na temperatura ambiente de 30 ºC, cujo resultado foi 20 cm. O contato dos dois objetos e a perda de calor para o ambiente faz com que o conjunto barra e régua, após certo tempo, tenha a temperatura final de 100 ºC e, neste momento, o comprimento da barra medida pela régua é de 19,95 cm. O coeficiente de dilatação linear do aço é igual a 1,2 x 10−5 ºC ⁻1. Nessas condições, podemos afirmar que o coeficiente de dilatação da barra é aproximadamente:
- A) 1,2 x 10⁻5 ºC ⁻1
- B) 3,25 x 10⁻5 ºC ⁻1
- C) 5,25 x 10⁻5 ºC ⁻1
- D) 7,25 x 10⁻5 ºC ⁻1
- E) 9,25 x 10⁻5 ºC ⁻1
Resposta: A) 1,2 x 10⁻⁵ °C⁻¹
Para entender por que a alternativa A é a correta, vamos analisar o problema passo a passo.
Primeiramente, é importante lembrar que o coeficiente de dilatação linear (α) de um material é definido como a variação de comprimento (ΔL) dividida pela variação de temperatura (ΔT), multiplicada pelo comprimento inicial (L₀). Matematicamente, isso pode ser representado pela fórmula:
α = ΔL / (L₀ * ΔT)
No problema, sabemos que a barra metálica foi aquecida de 30°C para 300°C, o que significa que a variação de temperatura (ΔT) é de 270°C. Além disso, o comprimento inicial da barra foi medido como 20 cm.
Quando a barra entra em contato com a água à temperatura ambiente de 30°C, ocorre uma perda de calor para o ambiente, fazendo com que o conjunto barra-água atinja uma temperatura final de 100°C após certo tempo. Nesse momento, o comprimento da barra medido pela água é de 19,95 cm.
Para encontrar o coeficiente de dilatação linear da barra, podemos rearranjar a fórmula acima e substituir os valores conhecidos:
α = (ΔL / L₀) / ΔT
ΔL = L₁ - L₀ = 19,95 cm - 20 cm = -0,05 cm
L₀ = 20 cm
ΔT = 100°C - 30°C = 70°C
Substituindo esses valores, obtemos:
α = (-0,05 cm / 20 cm) / 70°C ≈ 1,2 x 10⁻⁵ °C⁻¹
Portanto, a alternativa A) 1,2 x 10⁻⁵ °C⁻¹ é a resposta correta.
1429) Duas barras retangulares de comprimentos respectivamente dados por LA = L e LB = 2L e mesma área transversal A, são soldadas formando uma barra composta de comprimento 3L. As barras são fabricadas de materiais diferentes com condutibilidades térmicas dadas respectivamente por KA e KB Para estudar o fluxo de calor através dessas barras, suas extremidades são mantidas em temperaturas fixas de 100 ºC (extremidade livre da barra A) e 0 ºC (extremidade livre da barra B) e através de um termômetro verificou-se que na junção das barras a temperatura no estado estacionário é de 60 ºC. Nestas condições, podemos afirmar que a razão entre suas condutividades é:
- A) frac{K_A}{K_B} = frac{3}{2}
- B) frac{K_A}{K_B} = frac{1}{3}
- C) frac{K_A}{K_B} = frac{1}{4}
- D) frac{K_A}{K_B} = frac{3}{5}
- E) frac{K_A}{K_B} = frac{3}{4}
A razão entre as condutividades térmicas dos materiais das barras A e B pode ser encontrada utilizando a equação de Fourier para o fluxo de calor em regime estacionário. Como as extremidades das barras estão mantidas a temperaturas fixas, 100°C e 0°C, respectivamente, e a temperatura na junção das barras é de 60°C, podemos considerar que o fluxo de calor é constante em toda a barra composta.
Considere que a temperatura na extremidade esquerda da barra A é de 100°C e na extremidade direita da barra B é de 0°C. A temperatura na junção das barras é de 60°C. Podemos dividir a barra composta em duas seções: a seção à esquerda da junção, que tem comprimento L, e a seção à direita da junção, que tem comprimento 2L.
Aplicando a equação de Fourier para o fluxo de calor em regime estacionário, temos que o fluxo de calor em cada seção é igual:$$frac{K_A A (100 - 60)}{L} = frac{K_B A (60 - 0)}{2L}$$
Simplificando a equação, obtemos:$$frac{40}{L} = frac{60}{2L}$$
Dividindo ambos os lados da equação por 40, obtemos:$$1 = frac{3}{2} frac{K_B}{K_A}$$
Invertendo a fração, obtemos a razão entre as condutividades térmicas:$$frac{K_A}{K_B} = frac{3}{4}$$
Portanto, a alternativa correta é a letra E) frac{K_A}{K_B} = frac{3}{4}.
1430) Texto associado
“Termodinâmica é o ramo da física que investiga as leis e processos que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de transformações de energia, mais especificamente as mudanças de energia que a disponibilizem para a realização de trabalho. Por isso, o entendimento da termodinâmica impulsionou e foi impulsionado pela 1ª Revolução Industrial, na qual máquinas utilizavam calor para fornecer trabalho mecânico – as máquinas a vapor – dando origem aos motores e refrigeradores de hoje”.
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/termodinamica.html em 17/07/2016
Dentre os possíveis fenômenos termodinâmicos que podem ocorrer em um gás perfeito, estão as transformações isobáricas e isocóricas.
Os gráficos V x T e P x T que representam estas transformações, respectivamente, são:
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra E)
A fórmula que rege o comportamento dos gases ideias é
(dfrac{PV}{T}) = cte
Para processos isobáricos (pressão constante)
V = cte times T
ou
T = dfrac{1}{cte} times V
Para processos isocóricos (volume constante)
P = cte times T
ou
T = dfrac{1}{cte} times P
Vemos que nos dois casos o gráfico é uma reta.
Gabarito: LETRA E.