Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1521) Para explicar o princípio das trocas de calor, um professor realiza uma experiência, misturando em um recipiente térmico 300 g de água a 80 °C com 200 g de água a 10 °C.
Desprezadas as perdas de calor para o recipiente e para o meio externo, a temperatura de equilíbrio térmico da mistura, em °C, é igual a:
- A) 52
- B) 45
- C) 35
- D) 28
A alternativa correta é letra A) 52
Q = m_a times c times Delta T_a + m_b times c times Delta T_b
0 = 300 times 1 times (T_f - 80) + 200 times 1 times (T_f - 10)
0 = 300T_f - 24000 + 200T_f - 2000)
T_f = dfrac{26000}{500} = 52° ,C
Gabarito: LETRA A.
1522) O líquido contido por um recipiente de volume V está na iminência de transbordar quando sua temperatura é de 15° C. Aquecendo-se o conjunto a 30° C, transborda uma quantidade X desse líquido. Medindo o volume transbordado pode-se obter a seguinte informação:
- A) O coeficiente de dilatação real do líquido.
- B) O coeficiente de dilatação aparente do líquido.
- C) A soma da dilatação real com a dilatação aparente do líquido.
- D) A diferença entre a dilatação real e a dilatação aparente do líquido.
- E) O produto da dilatação real pela dilatação aparente do líquido.
Olá! Vamos resolver essa questão de Física sobre Termologia.
Para começar, vamos entender o que está acontecendo. Temos um líquido contido em um recipiente de volume V, que está à beira de transbordar quando sua temperatura é de 15°C. Quando aquecemos o conjunto para 30°C, o líquido transborda em uma quantidade X.
Agora, vamos analisar as opções:
- A) O coeficiente de dilatação real do líquido.
- B) O coeficiente de dilatação aparente do líquido.
- C) A soma da dilatação real com a dilatação aparente do líquido.
- D) A diferença entre a dilatação real e a dilatação aparente do líquido.
- E) O produto da dilatação real pela dilatação aparente do líquido.
A resposta certa é a opção B) O coeficiente de dilatação aparente do líquido.
Para entender por quê, vamos lembrar que a dilatação aparente é a variação do volume do líquido quando há uma mudança de temperatura, considerando que o recipiente também se dilata. Nesse caso, como o líquido transborda em uma quantidade X quando a temperatura aumenta de 15°C para 30°C, podemos concluir que a dilatação aparente do líquido é a responsável por essa mudança de volume.
Já a dilatação real é a variação do volume do líquido quando há uma mudança de temperatura, considerando que o recipiente não se dilata. Nesse caso, não temos informações suficientes para calcular a dilatação real do líquido.
Portanto, a resposta certa é a opção B) O coeficiente de dilatação aparente do líquido.
1523) Texto associado
Um experimento para medir o calor específico da água utiliza o seguinte material:
Um copo de alumínio recoberto externamente por isopor, uma resistência elétrica (para fornecer o calor), uma fonte de corrente com leitura de tensão e corrente, um termômetro e um cronômetro digital.
Numa primeira experiência, utilizando 50 gramas de água, o técnico do laboratório encontrou, para o calor específico da água 4,30 J/(g ⁰C).
Num segundo experimento, desta vez utilizando 100 gramas de água, encontrou 4,24 J/(g ⁰C).
A hipótese feita pelo técnico é de que o copo de alumínio não é ideal, pois tem uma capacidade térmica que não é desprezível.
Escolha a opção que melhor estima a capacidade térmica do copo de alumínio utilizado nos experimentos, sabendo que o calor específico da água é 4,18 J/(g ⁰C). Despreze a possibilidade de trocas de calor com o ambiente:
- A) 6 J/⁰C
- B) 0,06 J/⁰C
- C) 0,12 J/⁰C
- D) 0,15 J/⁰C
- E) 12 J/⁰C
A resposta correta é a letra A) 6 J/°C.
Para encontrar a capacidade térmica do copo de alumínio, precisamos analisar as experiências realizadas pelo técnico do laboratório.
Na primeira experiência, o técnico utilizou 50 g de água e encontrou um calor específico de 4,30 J/(g °C). Já na segunda experiência, utilizou 100 g de água e encontrou um calor específico de 4,24 J/(g °C).
É importante notar que o calor específico da água é de 4,18 J/(g °C). Portanto, as experiências realizadas pelo técnico apresentam pequenas variações em relação ao valor real.
A hipótese feita pelo técnico é de que o copo de alumínio não é ideal, pois tem uma capacidade térmica que não é desprezível.
Para calcular a capacidade térmica do copo de alumínio, podemos utilizar as equações de calor específico.
Seja m a massa de água utilizada, c o calor específico da água, ΔT a variação de temperatura e Q o calor fornecido. Então, podemos escrever:
Como o calor específico da água é de 4,18 J/(g °C), podemos reescrever a equação anterior como:
Agora, podemos analisar as experiências realizadas pelo técnico.
Na primeira experiência, o técnico utilizou 50 g de água e encontrou um calor específico de 4,30 J/(g °C). Portanto, podemos calcular o calor fornecido:
Já na segunda experiência, o técnico utilizou 100 g de água e encontrou um calor específico de 4,24 J/(g °C). Portanto, podemos calcular o calor fornecido:
Como as experiências foram realizadas com o mesmo material (copo de alumínio) e as mesmas condições, podemos igualar as equações:
Agora, podemos isolar a variação de temperatura:
Finalmente, podemos calcular a capacidade térmica do copo de alumínio:
Portanto, a resposta correta é a letra A) 6 J/°C.
1524) Seja um anel metálico construído com um fio muito fino. O material tem coeficiente de dilatação linear alpha e sofre uma variação de temperatura Delta T. A razão entre o comprimento da circunferência após o aquecimento e o comprimento inicial é
- A) alpha Delta T.
- B) 1 / (1 + alpha Delta T).
- C) 1/ alpha Delta T.
- D) 1 + alpha Delta T.
A alternativa correta é letra D) 1 + alpha Delta T.
Lembrando que a variação é uma relação direta com o comprimento inicial, o coeficiente de dilatação e a variação de temperatura, temos que a relação pode ser dada por:
dfrac{L_f}{L_i} = dfrac{L_i + L_i alpha Delta T}{L_i} = 1 + alpha Delta T
Gabarito: LETRA D.
1525) Considere o enunciado de uma lei da termodinâmica, que diz “se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão em equilíbrio térmico entre si”. Assim, é correto afirmar que no equilíbrio térmico
- A) os três corpos devem estar em temperaturas distintas.
- B) não há fluxo de calor entre os três corpos.
- C) os três corpos necessariamente têm a mesma energia interna.
- D) há sempre fluxo de calor entre os três corpos.
A alternativa correta é letra B) não há fluxo de calor entre os três corpos.
Equilíbrio térmico é uma condição termodinâmica na qual dois ou mais corpos encontram-se à mesma temperatura. Essa condição é atingida espontaneamente, uma vez que corpos em temperaturas diferentes trocam calor entre si até que suas temperaturas se igualem. Além disso, o calor sempre flui dos corpos de maior temperatura para os corpos de menor temperatura.
Esse princípio físico que explica o equilíbrio térmico é chamado Lei Zero da Termodinâmica.
Analisemos as alternativas:
Assim, é correto afirmar que no equilíbrio térmico
a) os três corpos devem estar em temperaturas distintas. Falso. Os três corpos ficam em temperatura iguais.
b) não há fluxo de calor entre os três corpos. Correto. O fluxo de calor só ocorre enquanto haver diferenças de temperatura.
c) os três corpos necessariamente têm a mesma energia interna. Falso. A energia interna de um gás depende de outros fatores, por exemplo, o seu número de mols. Então, num processo de equilíbrio térmico, os gases não necessariamente terão a mesma energia interna.
d) há sempre fluxo de calor entre os três corpos. Falso. Vide letra B.
Gabarito: B
1526) Considere um fio condutor, fabricado com uma liga metálica que confere uma determinada resistência elétrica proporcional ao comprimento do fio e com pouca variação em função da temperatura (±1 °C). A configuração que produz a mesma resistência equivalente a uma peça de 2 m de fio é
- A) 2 peças de 4 m ligadas em paralelo.
- B) 2 peças de 4 m ligadas em série.
- C) 4 peças de 2 m ligadas em paralelo.
- D) 4 peças de 2 m ligadas em série.
A alternativa correta é letra A) 2 peças de 4 m ligadas em paralelo.
A resistência elétrica de um fio condutor é definida pela seguinte expressão:
R =rhocdotfrac{L}{A}
Onde rho é a resistividade elétrica do material constituinte do condutor, L é o comprimento do fio e A é a área da seção transversal do fio condutor. Então, a resistência de uma fio de 2m será:
R =rhocdotfrac{2}{A}
Ou seja, a resistência é diretamente proporcional ao comprimento de 2m de fio. Analisemos as alternativas:
A configuração que produz a mesma resistência equivalente a uma peça de 2 m de fio é
a) 2 peças de 4 m ligadas em paralelo. Esse é o gabarito. A resistência equivalente de 2 peças de 4 m de fio ligadas em paralelo seria R_{eq}=frac{R(4)}{2}. Logo:
R_{eq}=frac{R(4)}{2}
R_{eq}=frac{rhocdotfrac{cancelto{2}{4}}{A}}{cancelto{1}{2}}
R_{eq}=rhocdotfrac{2}{A}
b) 2 peças de 4 m ligadas em série. Falso. A resistência equivalente série R_{eq}=R(4)+R(4). logo:
R_{eq}= 2rhocdotfrac{4}{A}=rhocdotfrac{8}{A}.
c) 4 peças de 2 m ligadas em paralelo. Falso. A R_{eq}=frac{R(2)}{4}. Logo:
R_{eq}=frac{1}{4}rhocdotfrac{2}{A}
rhocdotfrac{1}{2A}
d) 4 peças de 2 m ligadas em série. Falso. A R_{eq}=R(2)+R(2)+R(2)+R(2)=4R(2). Logo:
R_{eq}=4rhocdotfrac{2}{A}
R_{eq}=rhocdotfrac{8}{A}
1527) A energia necessária para aquecer uma certa massa de água é a mesma nos seguintes casos:
- A) 2 kg, de 20 °C para 23 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 23 °C.
- B) 1 kg, de 20 °C para 21 °C, ou 2 kg, de 20 °C para 22 °C.
- C) 2 kg, de 20 °C para 23 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 22 °C.
- D) 1 kg, de 20 °C para 21 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 23 °C.
A alternativa correta é letra C) 2 kg, de 20 °C para 23 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 22 °C.
A Quantidade de calor recebida por um líquido para fazê-lo ter uma elevação de temperatura é dada por:
Q = mcdot c cdot Delta (f)tag 1
Onde Delta (f)=(phi_f ,-, phi_i) e phi_f ,,e, ,phi_i são as temperaturas final e inicial do líquido, c é o calor específico da substância e m é a sua massa. Logo, podemos calcular a energia necessária para aquecer uma certa massa de água usando a equação (1).
Vamos analisar cada um dos itens da questão:
A energia necessária para aquecer uma certa massa de água é a mesma nos seguintes casos:
a) 2 kg, de 20 °C para 23 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 23 °C.
2cdot c cdot (23 - 20)=6c e 3cdot c cdot (23 - 20)=9c. Quantidades de energias diferentes. Portanto, alternativa falsa.
b) 1 kg, de 20 °C para 21 °C, ou 2 kg, de 20 °C para 22 °C.
1cdot c cdot (21 - 20)=1c e 2cdot c cdot (22 - 20)=4c. Quantidades de energias diferentes. Portanto, alternativa falsa.
c) 2 kg, de 20 °C para 23 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 22 °C.
2cdot c cdot (23 - 20)=6c e 3cdot c cdot (22 - 20)=6c. Quantidades de energias iguais. Portanto, alternativa verdadeira.
d) 1 kg, de 20 °C para 21 °C, ou 3 kg, de 20 °C para 23 °C.
1cdot c cdot (21 - 20)=1c e 3cdot c cdot (23 - 20)=9c. Quantidades de energias diferentes. Portanto, alternativa falsa.
Gabarito: C
1528) Considere a dilatação térmica de duas barras longas e finas, feitas de mesmo material. Uma delas tem o dobro do comprimento da outra: L_1=2L_2. Nos dois casos, as barras sofrem uma mesma mudança de temperatura, Delta T, e dilatam Delta L_1 e Delta L_2. Assim,
- A) frac{Delta L_2}{L_2}=2frac{Delta L_1}{L_1}
- B) frac{Delta L_2}{L_2}=frac{Delta L_1}{L_1}
- C) 2frac{Delta L_2}{L_2}=frac{Delta L_1}{L_1}
- D) frac{Delta L_2}{L_2}=3frac{Delta L_1}{L_1}
A alternativa correta é letra B) frac{Delta L_2}{L_2}=frac{Delta L_1}{L_1}
Quando um fio é aquecido, seu comprimento aumenta, graças ao aumento da movimentação de suas moléculas. Como o comprimento do fio é a sua dimensão mais relevante, dizemos que ele sofre majoritariamente uma dilatação térmica linear, apesar de a expansão ocorrer em todas as direções.
A dilatação linear, que é um aumento de comprimento, pode ser calculada pela expressão a seguir:
Delta{L}=L_0alphaDelta{T}
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear, L_0 é o comprimento inicial da barra e Delta{T}é a variação de temperatura. Logo, para qualquer que seja comprimento incial L_0, a dilatação linear relativa frac{Delta{L}}{L_0} será:
frac{Delta{L}}{L_0}=alphaDelta{T}
Desse modo, independe do valor do comprimento inicial da barra, a dilatação linear relativa sempre será igual a alphaDelta{T}. No caso em questão, ainda que L_1=2L_2, podemos afirmar que:
frac{Delta{L_1}}{L_1}=frac{Delta{L_2}}{L_2}=alphaDelta{T}
Logo, analisando as alternativas, concluímos que o gabarito é a letra B.
Gabarito: B
1529) Um dado material com calor específico C recebe certa quantidade de calor Q e tem sua temperatura aumentada de Delta T. Caso não haja perda de calor do corpo, com essas informações, pode-se afirmar corretamente que sua massa é
- A) frac{Q}{Delta Tcdot c}
- B) frac{c}{Delta Tcdot Q}
- C) frac{Delta T}{Qcdot c}
- D) Q cdot c cdot Delta T
A alternativa correta é letra A) frac{Q}{Delta Tcdot c}
A quantidade de calor sensível recebida por uma substância é determinada pela seguinte expressão:
Q=mcdot c cdot Delta{T}
Onde c é o calor específico da substância, m é a massa e Delta{T} a variação de temperatura. Logo, se não houver perda de calor, a massa desse corpo será:
m= frac{Q}{c cdot Delta{T}}
Analisemos as alternativas:
a) frac{Q}{Delta Tcdot c}. Verdadeiro.
b) frac{c}{Delta Tcdot Q}. Falso.
c) frac{Delta T}{Qcdot c}. Falso.
d) Q cdot c cdot Delta T. Falso.
Analisando todas as alternativas, concluímos que o gabarito é a letra A.
Gabarito: A
1530) Dois corpos, inicialmente com temperaturas diferentes, são isolados termicamente do ambiente, mas postos em contato térmico um com o outro, de modo que possam trocar calor entre si. Ao atingir equilíbrio térmico, um dos corpos ganhou uma quantidade de calor Q. Considerando corretamente os sinais das quantidades de calor, é correto afirmar que a soma do calor cedido por um corpo com o recebido pelo outro é
- A) 2Q.
- B) −2Q.
- C) Q⁄2.
- D) 0,0.
A alternativa correta é letra D) 0,0.
A quantidade de calor recebido ou cedido por um corpo é dada pela seguinte expressão:
Q = mcdot c cdot Delta{theta}
Onde m é massa, c é o calor específico e Delta{theta} é a variação de temperatura. Os corpos trocarão calor até que as temperaturas de ambos se igualem. O fluxo de calor sempre ocorre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Um outro detalhe importante é que o calor recebido por um corpo será igual ao calor cedido, se as condições de isolamento térmico forem atendidas.
Logo, se um dos corpos recebeu uma quantidade de calor igual a +Q, a quantidade de calor cedida pelo outro corpo foi igual a -Q. Portanto, a soma do calor cedido com o calor recebido será igual a zero.
Desse modo, concluímos que o gabarito é a letra D.
Gabarito: D