Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1531) A diferença de temperatura entre as faces de uma parede depende das propriedades do material da parede e das suas dimensões. Na construção de uma estufa para esterilização de utensílios perfurocortantes utilizou-se uma parede de vidro, plana, com área de 0,1m2, espessura de 3,6mm e coeficiente de condutibilidade térmica igual a 1,8.10‒3cal/s.cm.ºC.
Sabendo-se que o fluxo de calor por condução através do vidro, em regime estacionário, é de 1000cal/s, pode-se afirmar que a diferença de temperatura entre as faces da parede de vidro é igual, em ºC, a
- A) 80
- B) 120
- C) 150
- D) 180
- E) 200
A alternativa correta é letra E) 200
Na condução, o fluxo de calor é dado por:
phi = dfrac{ k times A times Delta T }{L}
Em que:
- k é a condutividade térmica
- A é a área da seção do corpo transversal ao fluxo de calor
- Delta T é diferença de temperatura entre as duas extremidades do corpo
- L é o comprimento do corpo no sentido do fluxo de calor
Não é obrigatório trabalharmos com todas as unidades do SI. Mas caso não utilizemos o SI, devemos nos atentar em manter a coerência entre as unidades, como faremos a seguir.
Substituindo os valores na fórmula phi = dfrac{ k times A times Delta T }{L}, ficamos com:
1.000 dfrac{cal}{s} = dfrac{ 1,8 times 10^{-3} dfrac{cal}{s ~cm ~ ^circ C } times 0,1 m^2 times Delta T }{ 3,6 mm}
Não foi necessário transformar calorias em joules, pois a unidade "cal" do lado esquerdo da igualdade cancela com a unidade "cal" do lado direito da igualdade.
As unidades de segundo também se cancelam:
1.000 dfrac{ cancel{cal} }{cancel{s}} = dfrac{ 1,8 times 10^{-3} dfrac{ cancel{cal} }{ cancel{s} ~cm ~ ^circ C } times 0,1 m^2 times Delta T }{ 3,6 mm}
1.000 = dfrac{ 1,8 times 10^{-3} times dfrac{1 }{ cm ~ ^circ C } times 0,1 m^2 times Delta T }{ 3,6 mm}
to Delta T = dfrac{ 1.000 times 3,6 mm ~ cm ~ ^circ C }{ 1,8 times 10^{-3} times 0,1 m^2 }
No lado direito da igualdade, as unidades de comprimento variam entre "mm" e "cm" e a unidade de área é de "m2". Para manter a coerência, podemos, por exemplo, transformar "mm" e "cm" em metros. Sabemos que 1 mm corresponde a 10^{-3} m e 1cm = 10^{-2} m.
to Delta T = dfrac{ 1.000 times 3,6 times 10^{-3} cancel{m} times 10^{-2} cancel{m} ~ ^circ C }{ 1,8 times 10^{-3} times 0,1 cancel{m^2} }
Simplificando, obtemos:
Delta T = dfrac{ 1.000 times 3,6 times 10^{-2} ~ ^circ C }{ 1,8 times 0,1 }
Delta T = dfrac{36 ~ ^circ C}{1,8 times 0,1}
Multiplicando numerador e denominador por 100 e resolvendo, obtemos:
Delta T = dfrac{3.600 ~ ^circ C}{18 times 1} = 200 ~ ^circ C
A diferença de temperatura entre as faces da parede é de 200 oC.
Gabarito: Letra E.
1532)
Uma equipe multidisciplinar criou, em 2015, a Fix it, um startup que está reinventando a forma como as pessoas tratam lesões ortopédicas que necessitam de imobilização. Os produtos da Fix it são fabricados em impressoras 3D, a partir de um biopolímero renovável e biodegradável. Eles podem ser molhados ou mergulhados em água e na hora de aplicar o produto, o paciente escolhe a cor do imobilizador e o profissional define o tamanho ideal. Depois, basta mergulhar a peça em água quente, a aproximadamente 60°C, e aguardar para que fique maleável. Em seguida, faz-se a moldagem no membro, respeitando sua anatomia. Após alguns segundos, a peça esfria e torna-se rígida novamente, promovendo a imobilização eficiente.
Disponível em: <http://m.gizmodo.uol.com.br>. Acesso em: set. 2017.
Com base na informação do texto, nos conhecimentos de Física e considerando o calor específico da água igual a 1,0cal/gºC e a temperatura inicial igual a 25ºC, pode-se afirmar que a quantidade de calor necessária para aquecer 1,0kg de água contida em um recipiente, de capacidade térmica desprezível, no qual o imobilizador seja imerso até se tornar maleável e ser ajustado à anatomia do membro de um paciente é igual, em 104cal, a
- A) 1,5
- B) 2,0
- C) 2,5
- D) 3,0
- E) 3,5
A alternativa correta é letra E) 3,5
Aplicação direta da fórmula de calor (desprezando a capacidade calorífica do material ortopédico):
Q = m c_{ag} Delta T = 1.000 times 1,0 times (60-35) = 35.000 = 3,5 times 10^4 , cal
Gabarito: LETRA E.
1533) Uma barra de cobre com 5,0cm2 de área de secção transversal e 100,0cm de comprimento tem uma das suas extremidades em contato com gelo em fusão e a outra em contato com vapor de água em ebulição sob pressão normal, conforme o esboço da figura.
Sendo o coeficiente de condutibilidade térmica do cobre igual a 0,92cal/s.cm.oC, o calor latente de fusão do gelo igual a 80cal/g e o calor latente de vaporização da água igual a 540cal/g, e desprezando-se as perdas de calor pela superfície lateral da barra, com base nos conhecimentos de Termologia, sobre a condução do calor em regime estacionário pode-se afirmar:
- A) O fluxo de calor através da barra é igual a 6,4cal/s.
- B) A quantidade de calor cedido pelo vapor em 40 minutos é de, aproximadamente, 1,1.103cal.
- C) A massa de gelo que se funde em 40 minutos é de, aproximadamente, 169g.
- D) A massa de vapor de água que se condensa no intervalo de 40 minutos é de, aproximadamente, 20,0g.
- E) A temperatura em uma secção da barra situada a 80,0cm da extremidade quente é de, aproximadamente, 25oC.
A alternativa correta é letra D) A massa de vapor de água que se condensa no intervalo de 40 minutos é de, aproximadamente, 20,0g.
Vamos verificar afirmativa por afirmativa.
a) O fluxo de calor através da barra é igual a 6,4cal/s. ERRADA. Pessoal, o fluxo é calculado por
dot Q = dfrac { k A Delta T}{L}
dot Q = dfrac{0,92 times 5 times 100}{100} = 4,6 , J/s
b) A quantidade de calor cedido pelo vapor em 40 minutos é de, aproximadamente, 1,1.103cal.
ERRADA.
Q = dot Delta t
Q = 4,6 times 40 times 60 = 1,1 times 10^4 , cal
c) A massa de gelo que se funde em 40 minutos é de, aproximadamente, 169g.
ERRADA.
Q = m L
m = dfrac{1,1 times 10^4}{80} = 137,g , g
d) A massa de vapor de água que se condensa no intervalo de 40 minutos é de, aproximadamente, 20,0g.
CORRETA.
m = dfrac{1,1 times 10^4}{540} = 20,37 , g
e) A temperatura em uma secção da barra situada a 80,0cm da extremidade quente é de, aproximadamente, 25oC. ERRADA.
4,6 = dfrac { 0,92 times 5 times (100 - x)}{80}
x = 20 , ^o C
Gabarito: LETRA D.
1534) Um bloco de gelo de massa m=2000 g é colocado em uma piscina a 27°C , em um ambiente com pressão atmosférica normal. Sabe-se que o calor latente de fusão do gelo é Lf=3,3 105 J/kg. Durante a fusão qual é aproximadamente a variação da entropia do bloco de gelo?
- A) 2,2 103 J/K
- B) 2,4 103 J/K
- C) 2,4 104 J/°C
- D) 2,4 106 J/K
A resposta certa é a letra B) 2,4 10³ J/K.
Para calcular a variação de entropia do bloco de gelo, vamos utilizar a fórmula:
ΔS = Q / T
Onde ΔS é a variação de entropia, Q é o calor transferido e T é a temperatura em Kelvin.
No caso, o calor transferido é o calor latente de fusão do gelo, que é igual a:
Q = m * Lf = 2000 g * 3,3 10⁵ J/kg = 6,6 10⁵ J
A temperatura em Kelvin é de 27°C + 273,15 = 300,15 K.
Portanto, a variação de entropia é:
ΔS = Q / T = 6,6 10⁵ J / 300,15 K = 2,4 10³ J/K
Logo, a resposta certa é a letra B) 2,4 10³ J/K.
1535) Estudantes de física fazem um teste experimental de transmissão de calor numa parede de um material homogêneo ‘X’, de área A e espessura Δx. Utilizam certo aparato experimental que mantém uma diferença de temperatura ΔT constante entre as faces opostas da parede. Nessas condições, os estudantes conseguiram medir com precisão que certa quantidade de energia ΔQ foi transmitida homogeneamente entre as faces das paredes durante um intervalo de tempo Δt. Com isso, conseguiram determinar experimentalmente o coeficiente de condutibilidade térmica κ do material ‘X’. Depois prepararam o mesmo teste para outra parede, feita de um material homogêneo ‘Y’ diferente do anterior, de mesma área e espessura, o qual segundo os fabricantes possui um coeficiente de condutibilidade térmica 20% maior que aquele do material ‘X’.
Supondo que o teste inicial dos estudantes obteve o valor apropriado para o coeficiente κ do material ‘X’, e ainda que a informação dos fabricantes acerca do material ‘Y’ é correta. Considerando que quantidade de energia ΔQ para os dois experimentos é a mesma, assinale a alternativa que melhor representa o que ocorrerá com o intervalo de tempo para o ‘Y’.
- A) 17% menor do que foi para o material ‘X’.
- B) Idêntico ao que foi para o material ‘X’.
- C) 20% maior do que foi para o material ‘X’.
- D) 20% menor do que foi para o material ‘X’.
A resposta correta é a letra A) 17% menor do que foi para o material 'X'.
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar o problema passo a passo. Primeiramente, precisamos lembrar que o coeficiente de condutibilidade térmica (κ) de um material é uma medida de sua capacidade de conduzir calor. Quanto maior o valor de κ, maior é a capacidade do material de conduzir calor.
No problema, temos dois materiais, 'X' e 'Y', com coeficientes de condutibilidade térmica diferentes. O material 'Y' tem um coeficiente de condutibilidade térmica 20% maior que o do material 'X'. Isso significa que o material 'Y' é mais eficiente em conduzir calor do que o material 'X'.
Agora, vamos analisar o que ocorre quando os estudantes realizam o teste com os dois materiais. Eles mantêm uma diferença de temperatura constante (ΔT) entre as faces opostas da parede e medem a quantidade de energia (ΔQ) transmitida durante um intervalo de tempo (Δt). Com esses dados, eles podem calcular o coeficiente de condutibilidade térmica do material.
Como o material 'Y' tem um coeficiente de condutibilidade térmica 20% maior que o do material 'X', isso significa que ele é mais eficiente em conduzir calor. Portanto, para uma mesma quantidade de energia transmitida (ΔQ), o material 'Y' precisará de um intervalo de tempo menor para transmitir essa energia.
Como a quantidade de energia transmitida é a mesma para os dois materiais, e o material 'Y' é mais eficiente em conduzir calor, o intervalo de tempo necessário para transmitir essa energia será menor para o material 'Y'. Isso significa que o intervalo de tempo para o material 'Y' será menor do que o intervalo de tempo para o material 'X'.
Para calcular a porcentagem exata, podemos considerar que o coeficiente de condutibilidade térmica do material 'Y' é 20% maior que o do material 'X'. Isso significa que o material 'Y' é 1,2 vezes mais eficiente em conduzir calor do que o material 'X'. Portanto, o intervalo de tempo necessário para transmitir a mesma quantidade de energia será 1/1,2 = 0,83 vezes menor para o material 'Y'.
Portanto, a resposta correta é que o intervalo de tempo para o material 'Y' será 17% menor do que o intervalo de tempo para o material 'X'.
1536) Dois corpos de diferentes materiais e temperaturas são colocados em uma caixa termicamente isolada. O material 1, com 200 g e temperatura de 40°C, possui c1=300 J/kg.K. ; e o material 2, com 100 g e temperatura de 100°C, possui c2=120 J/ kg.K. Qual a variação de entropia do sistema após atingir o equilíbrio térmico?
- A) -0,16 J/K
- B) 0,16 J/K
- C) 5,07 J/K
- D) 72,31 J/K
Para resolver essa questão, precisamos calcular a variação de entropia do sistema após atingir o equilíbrio térmico. Para isso, vamos utilizar a fórmula de variação de entropia: ΔS = Q / T.
Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor transferida entre os dois corpos. Como a temperatura do material 1 é de 40°C e a temperatura do material 2 é de 100°C, o calor será transferido do material 2 para o material 1 até que atinjam o equilíbrio térmico.
Vamos calcular a quantidade de calor transferida pelo material 2:
Q2 = m2 * c2 * ΔT2
Onde m2 é a massa do material 2 (100 g), c2 é a capacidade calorífica específica do material 2 (120 J/kg.K) e ΔT2 é a variação de temperatura do material 2.
Como a temperatura do material 2 diminui de 100°C para a temperatura de equilíbrio, a variação de temperatura é de -60°C. Convertendo para Kelvin, temos:
ΔT2 = -60°C = -60 K
Agora, podemos calcular a quantidade de calor transferida pelo material 2:
Q2 = 100 g * 120 J/kg.K * (-60 K) = -72000 J
Já que o calor é transferido do material 2 para o material 1, a quantidade de calor transferida pelo material 1 é oposta à do material 2:
Q1 = -Q2 = 72000 J
Agora, vamos calcular a variação de entropia do sistema:
ΔS = Q1 / T_eq
Onde T_eq é a temperatura de equilíbrio. Como os dois corpos estão em uma caixa termicamente isolada, a temperatura de equilíbrio é a média das temperaturas iniciais dos dois corpos:
T_eq = (40°C + 100°C) / 2 = 70°C = 343 K
Agora, podemos calcular a variação de entropia do sistema:
ΔS = 72000 J / 343 K ≈ 0,16 J/K
Portanto, a alternativa correta é a letra B) 0,16 J/K.
Resposta: B) 0,16 J/K
1537) As salas de cinema devem oferecer aos usuários conforto térmico e boa acústica. A esse respeito, julgue o item a seguir.
Uma estratégia adequada para aumentar o isolamento térmico da sala de cinema é dotar as paredes com uma camada de material de alta resistência térmica, de modo que a soma dessa resistência com a da parede formem um composto de maior resistência ao fluxo de calor para dentro do ambiente.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra B) Errado
Para entender por que essa estratégia não é adequada, vamos analisar como a resistência térmica funciona. A resistência térmica é uma propriedade dos materiais que mede a capacidade deles de resistir ao fluxo de calor. Quanto maior a resistência térmica, menor é o fluxo de calor que passa pelo material.
No caso da sala de cinema, a estratégia proposta seria adicionar uma camada de material de alta resistência térmica às paredes. No entanto, isso não aumentaria significativamente o isolamento térmico da sala. Isso porque a resistência térmica do material adicionado seria somada à resistência térmica da parede, mas não criaria um composto de maior resistência ao fluxo de calor.
Além disso, é importante lembrar que o isolamento térmico de uma sala de cinema envolve muitos outros fatores, como a vedação das juntas, a qualidade das janelas e portas, a ventilação e o sistema de climatização. Portanto, a adição de uma camada de material de alta resistência térmica às paredes não seria uma estratégia eficaz para aumentar o isolamento térmico da sala.
1538) Nos veículos com motores refrigerados por meio líquido, o aquecimento da cabine de passageiros é feito por meio da troca de calor entre o duto que conduz o líquido de arrefecimento que circula pelo motor e o ar externo. Ao final, esse ar que se encontra aquecido, é lançado para o interior do veículo. Num dia frio, o ar externo, que está a uma temperatura de 5ºC, é lançado para o interior da cabine, a 30ºC, a uma taxa de 1,5L/s. Determine a potência térmica aproximada, em watts, absorvida pelo ar nessa troca de calor.
- A) 20
- B) 25
- C) 45
- D) 60
A alternativa correta é letra C) 45
A potência térmica é definida como a variação de energia da massa de ar na unidade de tempo:
P=frac{Delta{Q}}{Delta{t}}=mcdot ccdot Delta{theta}
Entretanto, a densidade d é igual a d=frac{m}{v}, logo:
P=dcdot vcdot ccdot Delta{theta}
Substituindo pelos valores informados teremos:
P=1,2cdot10^{+3}cdot 1,5cdot10^{-3}cdot 0,24cdot 4,2cdot (30-5)
boxed{P=45,36,J}
E assim concluímos que o gabarito é a letra C.
Gabarito: Letra C.
1539) Em um experimento no laboratório de Física, um grupo de alunos desenvolveu um termômetro de baixo custo utilizando uma mangueira, uma régua de 30,0 cm, álcool, água e tinta colorida. Para calibrar o termômetro, eles o colocaram em um recipiente com uma mistura de água e gelo. A partir da posição indicada, colocaram a régua de tal forma que o zero da escala em centímetros coincidia com a posição. Em seguida, mergulharam o termômetro em água fervente e verificaram que a escala indicava 25,0 cm. Durante a atividade em sala de aula, o professor pediu para eles que utilizassem o termômetro para medir a temperatura de um corpo de prova que se encontrava a 40ºC. Considerando que a pressão atmosférica é de 1 atm, qual o valor encontrado pelos alunos?
- A) 62,5 cm
- B) 12,5 cm
- C) 9,5 cm
- D) 10,0 cm
A alternativa correta é letra D) 10,0 cm
Para entender por que esta é a resposta certa, vamos analisar o problema passo a passo. Primeiramente, é importante lembrar que a temperatura de fusão do gelo é de 0°C. Portanto, quando os alunos colocaram o termômetro em uma mistura de água e gelo, a temperatura registrada foi de 0°C, o que coincide com a posição zero da escala em centímetros.
Em seguida, quando eles mergulharam o termômetro em água fervente, a temperatura registrada foi de 25,0 cm. Isso significa que a escala do termômetro tem uma variação de 25,0 cm para cada 100°C de variação de temperatura.
Agora, para medir a temperatura do corpo de prova a 40°C, os alunos precisam encontrar a posição correspondente na escala do termômetro. Como a variação da escala é de 25,0 cm para cada 100°C, a variação para 40°C será de:
$$frac{25,0,cm}{100°C} times 40°C = 10,0,cm$$
Portanto, a posição correspondente na escala do termômetro será de 10,0 cm acima do zero. Esta é a resposta encontrada pelos alunos.
1540) Em experimento de laboratório, uma barra feita de uma liga de alumínio e prata possui coeficiente de dilatação linear médio 20X10-6 ºC-1 e comprimento 150 cm, quando está a 10ºC. Na atividade experimental, a barra foi aquecida até 130 ºC. Sua dilatação linear foi de:
- A) 0,1 m
- B) 0,36 cm
- C) 0,63 cm
- D) 0,85 cm
Resposta: B) 0,36 cm
A questão pede para calcular a dilatação linear de uma barra feita de uma liga de alumínio e prata, que tem um coeficiente de dilatação linear médio de 20x10^-6 ºC^-1 e um comprimento de 150 cm, quando está a 10°C. Depois, a barra foi aquecida até 130°C.
Para calcular a dilatação linear, precisamos utilizar a fórmula:
$$Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T$$
Onde:
- $$Delta L$$ é a dilatação linear
- $$alpha$$ é o coeficiente de dilatação linear
- $$L_0$$ é o comprimento inicial da barra
- $$Delta T$$ é a variação de temperatura
Substituindo os valores dados na fórmula, temos:
$$Delta L = 20 cdot 10^{-6} cdot 150 cdot (130 - 10)$$
$$Delta L = 20 cdot 10^{-6} cdot 150 cdot 120$$
$$Delta L = 0,36 cm$$
Portanto, a resposta correta é a letra B) 0,36 cm.
A explicação para essa resposta é que a dilatação linear da barra é diretamente proporcional ao coeficiente de dilatação linear, ao comprimento inicial da barra e à variação de temperatura. Como a temperatura aumentou de 10°C para 130°C, a barra se expandiu e seu comprimento aumentou.