Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1461) Uma lâmina bimetálica foi acoplada a um circuito elétrico simples construído por um estudante para ser utilizado como alarme de incêndio.
De acordo com a figura, para que esse alarme funcione corretamente, é necessário principalmente que:
- A) ele seja montado em um dia muito frio.
- B) ele seja montado em um dia muito quente.
- C) o metal 2 seja feito de um material com baixa condutividade elétrica.
- D) o metal 1 seja feito de um material com alto coeficiente de dilação.
A resposta correta é a letra D) o metal 1 seja feito de um material com alto coeficiente de dilatação.
Essa resposta está correta pois a lâmina bimetálica funciona com base no princípio de que os dois metais possuem coeficientes de dilatação diferentes. Quando a temperatura aumenta, o metal 1, que tem um coeficiente de dilatação alto, se expande mais rápido que o metal 2, que tem um coeficiente de dilatação baixo. Isso faz com que a lâmina se curve e feche o circuito elétrico, ativando o alarme.
Portanto, é necessário que o metal 1 seja feito de um material com alto coeficiente de dilatação para que a lâmina bimetálica possa funcionar corretamente. Se o metal 1 tivesse um coeficiente de dilatação baixo, a lâmina não se curvaria o suficiente para fechar o circuito elétrico, e o alarme não funcionaria.
As outras opções não são corretas porque:
- A) Não é necessário que a lâmina seja montada em um dia muito frio. A temperatura ambiente não afeta o funcionamento da lâmina bimetálica.
- B) A montagem da lâmina em um dia muito quente também não é um requisito para o seu funcionamento.
- C) O metal 2 não precisa ser feito de um material com baixa condutividade elétrica para que a lâmina bimetálica funcione.
Em resumo, a resposta correta é a letra D) porque o metal 1 precisa ter um alto coeficiente de dilatação para que a lâmina bimetálica possa se curvar e fechar o circuito elétrico, ativando o alarme.
1462) O oxigênio tem ponto de ebulição em 90,10 K. Qual a leitura aproximada dessa temperatura na escala Fahrenheit?
- A) -337
- B) - 407
- C) - 297
- D) _ 227
- E) - 107
A resposta correta é a letra C) -297.
Para encontrar a temperatura em Fahrenheit, precisamos converter a temperatura em Kelvin para Fahrenheit. A fórmula para fazer isso é:
$$F = frac{9}{5}K - 459,67$$
Onde F é a temperatura em Fahrenheit e K é a temperatura em Kelvin.
Substituindo o valor de 90,10 K na fórmula, obtemos:
$$F = frac{9}{5} cdot 90,10 - 459,67$$
$$F approx -297$$
Portanto, a temperatura de 90,10 K é aproximadamente igual a -297°F.
1463) Foi-se o tempo em que o forno micro-ondas servia apenas para aquecer alimentos e estourar pipoca. Hoje, todos sabem que podemos preparar vários tipos de comida de forma muito mais rápida e prática. E não se trata de pratos prontos congelados! Era de causar espanto ver micro-ondas com opções de “brigadeiro”, “arroz” ou “lasanha”. Mas atualmente isso é muito comum. Porém, cozinhar utilizando o micro-ondas requer um cuidado muito específico: que vasilhas podemos utilizar? Qual material é adequado? Assim, o vidro comum apresenta menor resistência ao choque térmico do que o vidro pirex por que:
- A) Tem baixo calor específico.
- B) Tem alto coeficiente de dilatação térmica.
- C) Tem baixo coeficiente de dilatação térmica.
- D) Não tem nada a ver com o calor específico e nem com a dilatação térmica.
A alternativa correta é letra B) Tem alto coeficiente de dilatação térmica.
O vidro comum apresenta menor resistência ao choque térmico do que o vidro pirex por que possui alto coeficiente de dilatação térmica. Devido a esse maior coeficiente, a dilatação no vidro comum ocorre em maior intensidade do que no vidro pirex, o que pode ocasionar um rompimento das estruturas e o aparecimento de trincas.
Se, por exemplo, colocarmos água quente em um copo de vidro comum, a face interna do copo começa a se dilatar, antes mesmo do calor chegar até sua face externa. Isso gera tensões na estrutura que podem ocasionar a quebra do material. No caso do pirex, como o coeficiente de dilatação é menor, dificilmente a tensão causada será capaz de quebrar o copo e haverá uma pequena dilatação mais homogênea.
1464) Os coeficientes de dilatação linear α A e α B dos materiais que constituem duas barras homogêneas, A e B, têm sua temperatura variando de acordo com o gráfico a seguir.
Ao determinar o valor desses coeficientes tem-se:
- A) α A = 5 . 10 4 °C –1 e α B = 2,5 . 10 4 °C –1.
- B) α A = 5 . 10 –2 °C –1 e α B = 2,5 . 10 –2 °C –1.
- C) α A = 5 . 10 –3 °C –1 e α B = 2,5 . 10 –3 °C –1.
- D) α A = 5 . 10 –4 °C –1 e α B = 2,5 . 10 –4 °C –1.
A alternativa correta é letra D) α A = 5 . 10 –4 °C –1 e α B = 2,5 . 10 –4 °C –1.
A dilatação linear de uma barra homogênea pode ser descrita pela seguinte equação:
Delta L = L_0 cdot alpha cdot Delta Theta
Onde:
- Delta L é a variação do comprimento
- L_0 é o comprimento inicial
- alpha é o coeficiente de dilatação linear
- Delta Theta é a variação de temperatura
Como queremos descobrir os coeficientes de dilatação linear, vamos isolar essa variável. A equação do coeficiente linear fica:
alpha = frac{Delta L}{L_0 cdot Delta Theta}
Analisando o gráfico para as barras A e B, em particular os pontos onde a temperatura vale 0 graus celsius e 40 graus celsius, podemos dizer que:
- O comprimento inicial é igual para as duas barras (30 mm)
- A variação de temperatura é igual para as duas barras (40 graus celsius)
- O comprimento final para a barra A é de 30,6 mm
- O comprimento final para a barra B é de 30,3 mm
Sendo assim, vamos substituir os valores para determinar os coeficientes lineares αA e αB.
alpha_A = frac{(30,6-30) times 10^{-3}}{30 times 10^{-3} cdot 40}
alpha_A = frac{0,6}{30 cdot 40}
alpha_A = 5 cdot 10^{-4}
E ainda:
alpha_B = frac{(30,3-30) times 10^{-3}}{30 times 10^{-3} cdot 40}
alpha_B = frac{0,3}{30 cdot 40}
alpha_B = 2,5 cdot 10^{-4}
1465) A figura abaixo representa um aparato para medição de uma grandeza física. O aparto na figura é um(a):
- A) Termômetro de gás a volume constante.
- B) Célula de ponto triplo.
- C) Termoscópio.
- D) Barômetro.
- E) Manômetro de tubo aberto.
A alternativa correta é letra B) Célula de ponto triplo.
Ao analisar a figura, podemos encontrar água em seus 3 estados físicos: sólida (gelo), líquida e gasosa (vapor). Esses estados podem coexistir em equilíbrio em apenas uma combinação de pressão e temperatura: 273,16 K (0,01 °C) e a Pa (0.0060373 atm).
Esse aparato é chamado de célula de ponto triplo e é usado na calibração de termômetros.
Portanto, a alternativa correta é a letra (b).
1466) Que quantidade de calor deve absorver uma pedra de gelo de massa 800 g a -10°C, para passar ao estado liquido a 50°C. Dados: Calor específico do gelo c =2220 J/Kg .K ; Calor específico da água c`= 4190 J/Kg .K ; Calor de fusão do gelo Lf = 333 KJ/Kg.
- A) 88,8 KJ
- B) 167,6 KJ
- C) 266,4 KJ
- D) 434 KJ
- E) 451.7 KJ
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Essa questão foi anulada pela banca porque o enunciado contem informações sobre calor específico e latente incorretas para as unidades escolhidas.
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor necessária Q_1 para aquecer 800 g de gelo a -10º até 0ºC. O calor específico do gelo é 0,5 cal/gºC. Logo:
Q = m cdot c cdot Delta theta
Q_1 = 800 cdot 0,5 cdot [0-(-10)]
Q_1 = 4000 cal
Agora, vamos calcular a quantidade de calor Q_2 necessária para fundir 800 g de gelo. O calor latente do gelo é 80 cal/g. Então:
Q = m cdot L_f
Q_2 = 800 cdot 80 = 64000 cal
Finalmente, vamos calcular a quantidade de calor Q_3 necessária para aquecer 800g de água a 0ºC até 50ºC. Como o calor específico da água é 1,0 cal/gºC, temos:
Q = m cdot c cdot Delta theta
Q_3 = 800 cdot 1 cdot (50 - 0)
Q_3 = 40000 cal
Assim, a quantidade de calor total para transformar 800 g de gelo a -10ºC em 800g de água a 50ºC é dada por
Q_{total} = Q_1 + Q_2 + Q_3
Q_{total} = 4000 + 64000 + 40000
Q_{total} = 108000 cal
Q_{total} = 108 kcal
Como 1 kcal = 4,1868 kJ, temos:
Q_{total} = 108 cdot 4,1868 = 452,17 kJ
Portanto, não há alternativa correta. A questão foi anulada.
1467) Em relação a primeira lei da termodinâmica, qual alternativa abaixo é INCORRETA?
- A) De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a energia interna Eint de um sistema tende a aumentar , se acrescentarmos energia na forma de calor Q, e a diminuir se removemos energia na forma de trabalho W realizado pelo sistema, matematicamente é dada por: ΔEint = Q - W.
- B) Processo adiabático é aquele que acontece muito rápido ou em um sistema tão bem isolado que não há trocas de calor entre o sistema e o ambiente, logo ΔEint = - W.
- C) É possível construir uma máquina que realiza um trabalho maior que a energia que recebe.
- D) A energia interna de um sistema diminui quando o sistema executa trabalho e não recebe calor.
- E) Se o volume de um sistema é mantido constante, o sistema não pode realizar trabalho, logo a ΔEint = Q.
A alternativa correta é letra C) É possível construir uma máquina que realiza um trabalho maior que a energia que recebe.
a) De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a energia interna Eint de um sistema tende a aumentar , se acrescentarmos energia na forma de calor Q, e a diminuir se removemos energia na forma de trabalho W realizado pelo sistema, matematicamente é dada por: ΔEint = Q - W. CORRETA
É resumidamente o que diz a primeira lei da termo dinâmica:
Delta E_{int} = Q - W
Portanto, a alternativa está CORRETA.
b) Processo adiabático é aquele que acontece muito rápido ou em um sistema tão bem isolado que não há trocas de calor entre o sistema e o ambiente, logo ΔEint = - W. CORRETA
Exatamente! Como não há trocas de calor entre o sistema e o ambiente, então Q = 0. Logo Delta E_{int} = 0 - W = - W. Alternativa CORRETA.
c) É possível construir uma máquina que realiza um trabalho maior que a energia que recebe. INCORRETA
Uma máquina desse tipo violaria a Lei Áurea da Mecânica, segundo a qual a energia aplicada é igual ou maior que o trabalho realizado. Portanto, a alternativa está INCORRETA.
d) A energia interna de um sistema diminui quando o sistema executa trabalho e não recebe calor. CORRETA
Como na alternativa (b), se o sistema não recebe calor, então Q = 0. Logo, Delta E_{int} = - W. Como a variação é negativa, a energia interna diminuiu. Portanto, a alternativa está CORRETA.
e) Se o volume de um sistema é mantido constante, o sistema não pode realizar trabalho, logo a ΔEint = Q. CORRETA
Sabemos que o trabalho é o produto entre a pressão e a variação de volume. Assim, se o volume do sistema é mantido constante, temos que W = 0 e Delta E_{int} = Q. Portanto, a alternativa está CORRETA.
1468) A relação entre os coeficientes de dilatação linear de dois sólidos é 2.
A correspondente relação entre os coeficientes de dilatação cúbica é
- A) 2.
- B) 4.
- C) 8.
- D) 0,25.
A alternativa correta é letra A) 2.
Sejam alpha_1 e alpha_2 coeficientes de dilatação linear dos sólidos 1 e 2. Pelo enunciado, temos:
dfrac {alpha_1}{alpha_2} = 2
Lembrando o coeficientes de dilatação cúbica gamma é dador por:
gamma = 3 alpha
A correspondente relação entre os coeficientes de dilatação cúbica é dada por:
dfrac {gamma_1}{gamma_2} = dfrac { cancel 3 alpha_1}{cancel 3 alpha_2} = dfrac {alpha_1}{alpha_2} = 2
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (a).
1469) A garrafa térmica é um recipiente utilizado para conservar líquidos quentes ou frios.
O princípio de funcionamento da garrafa térmica é
- A) o transporte de energia.
- B) impedir a transferência de calor.
- C) a radiação.
- D) a emissão.
A alternativa correta é letra B) impedir a transferência de calor.
As garrafas térmicas são fabricadas a fim de impedir a transferência de calor com o ambiente externo, mantendo a temperatura do seu conteúdo pelo maior intervalo de tempo possível. Portanto, a alternativa correta é a letra (b).
1470) Observe a afirmação:
“Calor é energia térmica em trânsito”.
Assinale a alternativa que apresenta processos de transmissão de calor.
- A) Condução, Convecção e Irradiação.
- B) Refração, Condução e Radiação.
- C) Convecção, Condução e Reflexão.
- D) Energia, Termologia e Radiação.
A alternativa correta é letra A) Condução, Convecção e Irradiação.
A transferência de calor pode ocorrer de três formas: condução, convecção e radiação. Portanto, a alternativa correta é a letra (a).
Vamos analisar o erro das outras alternativas:
b) Refração, Condução e Radiação.
Refração é um fenômeno que altera a velocidade de uma onda ao mudar de meio de propagação. Alternativa incorreta.
c) Convecção, Condução e Reflexão.
Reflexão é um fenômeno que consiste na alteração da direção de propagação de uma onda, fazendo com que ela volte a se propagar no mesmo meio. Alternativa incorreta.
d) Energia, Termologia e Radiação.
Energia é uma grandeza física e termologia é a área de estudo sobre o calor e seus efeitos na matéria.
Portanto, o gabarito da questão é a letra (a).