Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1551) Um mol de um gás monoatômico ideal se encontra dentro de um recipiente inicialmente a uma temperatura To e sofre uma transformação isobárica, de modo que o seu volume dobra de valor. A quantidade de calor que o gás recebeu nesta transformação é dado por: Obs.: considere R como a constante geral dos gases.
- A) 0,5R.To
- B) R.To
- C) 1,5.R.To
- D) 2.R.To
- E) 2,5.R.To
A alternativa correta é a letra E) 2,5.R.To
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar a transformação isobárica sofrida pelo gás. Nessa transformação, o volume dobra de valor, o que significa que a pressão também dobra, pois a temperatura é constante.
Como a transformação é isobárica, a quantidade de calor recebida pelo gás é dada pela fórmula: Q = n.R.ΔT, onde n é o número de moles do gás, R é a constante dos gases e ΔT é a variação de temperatura.
No entanto, como a temperatura é constante, ΔT = 0, e portanto, Q ≠ 0. Isso significa que o gás recebeu calor durante a transformação.
Para encontrar a quantidade de calor recebida, precisamos calcular a variação de entropia do gás. Como a transformação é isobárica, a variação de entropia é dada pela fórmula: ΔS = n.R.ln(Vf/Vi), onde Vf e Vi são os volumes final e inicial do gás, respectivamente.
Como o volume dobra de valor, Vf = 2.Vi, e portanto, ΔS = n.R.ln(2).
Como a temperatura é constante, a variação de entalpia é igual à quantidade de calor recebida, ou seja, ΔH = Q. Além disso, como a transformação é isobárica, ΔH = ΔU + P.ΔV, onde ΔU é a variação de energia interna do gás.
Como a temperatura é constante, ΔU = 0, e portanto, ΔH = P.ΔV. Substituindo os valores, obtemos: Q = P.ΔV = n.R.T.ln(2) = 2,5.R.To.
Portanto, a quantidade de calor recebida pelo gás durante a transformação isobárica é igual a 2,5.R.To, que é a alternativa E.
1552) Na Escala Fahrenheit (F) em comparação com a escala Celsius (C), é correto afirmar que 0° C equivale a:
- A) 16º F.
- B) 21º F.
- C) 32º F.
- D) 100º F.
A alternativa correta é letra C) 32°F.
Para entender por quê essa é a alternativa correta, vamos rever como as escalas Fahrenheit e Celsius se relacionam.
A escala Fahrenheit é uma escala de temperatura criada pelo físico alemão Gabriel Fahrenheit em 1724. Nessa escala, o ponto de congelamento da água é de 32°F e o ponto de ebulição é de 212°F.
Já a escala Celsius, também conhecida como escala centígrada, é uma escala de temperatura criada pelo sueco Anders Celsius em 1742. Nessa escala, o ponto de congelamento da água é de 0°C e o ponto de ebulição é de 100°C.
Para converter temperatura de Celsius para Fahrenheit, podemos utilizar a fórmula:
$$F = frac{9}{5}C + 32$$Onde F é a temperatura em Fahrenheit e C é a temperatura em Celsius.
Agora, vamos aplicar essa fórmula para encontrar a temperatura em Fahrenheit equivalente a 0°C:
$$F = frac{9}{5}(0) + 32 = 32°F$$Portanto, a afirmativa correta é que 0°C equivale a 32°F.
É importante notar que, embora as escalas Fahrenheit e Celsius sejam as mais comumente utilizadas, existem outras escalas de temperatura, como a escala Kelvin, que é utilizada em aplicações científicas.
1553) “A maior parte dos metais precisa de 6,2 cal de energia para elevar a temperatura de 1 mol de metal, em 1° C”. É a definição da:
- A) Lei de Dulong-Petit.
- B) Lei de Proust.
- C) Lei de Gay-Lussac.
- D) Lei de Charles.
A alternativa correta é letra A) Lei de Dulong-Petit.
A lei de Dulong-Petit é uma lei física que relaciona a capacidade calorífica molar de um elemento químico à sua massa atômica. Em outras palavras, essa lei estabelece que a capacidade calorífica molar de um elemento químico é diretamente proporcional à sua massa atômica.
No caso específico da questão, a lei de Dulong-Petit explica que a maior parte dos metais precisa de 6,2 cal de energia para elevar a temperatura de 1 mol de metal em 1°C. Isso significa que, independentemente do metal em questão, a quantidade de energia necessária para elevar sua temperatura em 1°C é sempre a mesma, desde que sejam considerados 1 mol de metal.
Essa lei foi descoberta por Pierre Louis Dulong e Alexis Thérèse Petit em 1819 e é amplamente utilizada em termologia para calcular a capacidade calorífica de diferentes substâncias.
Já as outras opções não são corretas porque:
- B) A lei de Proust se refere à lei das proporções definidas, que estabelece que uma substância química sempre contém as mesmas proporções de massa de seus constituintes, independentemente de sua origem.
- C) A lei de Gay-Lussac se refere à lei dos volumes de gases, que estabelece que, em uma reação química, os volumes de gases que reagem e os volumes de gases que são produzidos estão em uma razão simples.
- D) A lei de Charles se refere à lei dos gases ideais, que estabelece que, à temperatura constante, o volume de um gás ideal é diretamente proporcional à sua quantidade de matéria.
1554) Tomando-se um termômetro graduado na escala Celsius entre 0 e 100 partes iguais, e na escala Fahrenheit o mesmo termômetro em escalas com intervalos 32 e 212 em 180 partes iguais, podemos afirmar que o ponto de ebulição da água, em °C e °F são, respectivamente,
- A) 100°C e 100°F
- B) 100°C e 201°F
- C) 200°C e 201°F
- D) 100°C e 212°F
A alternativa correta é letra D) 100°C e 212°F
Os limites das escalas dão justamente os pontos de fusão e de ebulição da água.
Assim:
- Fusão = 0ºC ou 32 F
- Ebulição = 100ºC ou 212 F
Portanto, os pontos de ebulição são os valores superiores das escalas (100 e 212, respectivamente).
Resposta: D
1555)
Um material que sofre transição da fase sólida diretamente para a fase gasosa quando submetido à temperatura de 20 ºC foi inserido, a uma temperatura inicial de 15 ºC, em um ambiente fechado mantido à temperatura constante de 25 ºC, conforme ilustrado na figura anterior.
Assinale a opção que representa graficamente o comportamento da temperatura, T, em função do calor, Q, absorvido do meio por esse material a partir do momento em que foi inserido no ambiente descrito.
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra B)
O material começa na temperatura de 15º C, e vai aquecendo (recebendo calor), até atingir 20º C. Neste ponto, temos uma mudança de fase, e as mudanças de fase ocorrem sempre a temperaturas constantes. Há, portanto, a formação de um patamar em 20º C, o que nos permite eliminar as letras A e C.
Depois que o material mudou de estado, ele está pronto para continuar esquentando, até atingir a temperatura de 25º C, que é a do ambiente que o cerca. Portanto, eliminamos a letra E, que nos indicaria uma temperatura final de apenas 20 ºC.
A letra D está errada, pois apresenta, indevidamente, um patamar em 15ºC, sendo que nesta temperatura não há qualquer mudança de fase.
Finalmente, a letra B não apresenta erros:
- ela indica corretamente o único patamar em 20ºC
- mostra o corpo aquecendo até os 25ºC
Resposta: B
1556) A grandeza de base “temperatura termodinâmica”, conforme o Sistema Internacional de Unidades (SI), tem como “unidade de base” correspondente:
- A) Kelvin.
- B) Grau Celsius.
- C) Grau Fahrenheit.
- D) Rankine.
- E) Grau Newton.
A alternativa correta é letra A) Kelvin.
No SI, a temperatura termodinâmica é expressa em kelvins (K). A escala kelvin foi definida de modo que o ponto triplo da água seja 273,16 K. As demais alternativas também apresentam unidades de medida para a temperatura termodinâmica, mas não são aquela adotada pelo SI:
b) Grau Celsius.
A escala de grau Celsius (°C) tem como base a temperatura de fusão (0°C) e a ebulição (100°C) da água. É utilizada no Brasil e na maioria dos países do mundo.
c) Grau Fahrenheit.
O grau Fahrenheit (°F) é a unidade mais utilizada nos Estados Unidos, tem pontos de fusão e evaporação, respectivamente, em 32 °F e 212 °F.
d) Rankine.
A escala Rankine (Ra) mantém a variação da escala Fahrenheit, ou seja, uma variação de um Rankine corresponde à variação de 1 grau na escala Fahrenheit. Entretanto, o valor de 0 Ra corresponde ao zero absoluto 0 K. Assim como a escala Kelvin, a escala Rankine não se utiliza do termo "grau".
e) Grau Newton.
A escala Newton (°N) foi proposta por Isaac Newton, adotando as mesmas referências físicas da escala Celsius (ou seja, derretimento do gelo e evaporação da água). Porém, a evaporação da água foi fixada em 33 graus Newton.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A).
1557) Em um equipamento industrial, um termômetro mede uma diferença de temperatura de 20ºC. Esse termômetro foi substituído por um segundo termômetro que emprega a escala Fahrenheit.
Essa mesma diferença de temperatura medida no segundo termômetro, em ºF, corresponde a
- A) 11
- B) 20
- C) 27
- D) 36
- E) 68
A alternativa correta é letra D) 36
Essa questão não trata de uma simples conversão de medida da escala Celsius para a escala Fahrenheit mas sim da conversão de uma diferença de temperatura medida nas duas escalas. Como regra, podemos afirmar que uma variação de 1 grau na escala celsius corresponde a uma variação de 1,8 graus na escala Fahrenheit.
Portanto com uma regra de três simples:
1 ----------- 1,8
20 ----------- x
x = 20 cdot 1,8
x = 36
Logo, uma variação de 20 graus na escala Celsius corresponde a uma variação de 36 graus na escala Fahrenheit.
1558) Em um equipamento, um sensor de ouro com massa 10 g é aquecido de 30 para 180ºC.
A quantidade de calor, em J, fornecida ao sensor para esse aquecimento é igual a
- A) 3,90 x 104
- B) 2,34 x 105
- C) 2,34 x 102
- D) 1,95 x 105
- E) 1,95 x 102
A alternativa correta é letra E) 1,95 x 102
A quantidade de calor em joules para que ocorra essa variação de temperatura pode ser dada por:
Q = m cdot c cdot Delta Theta
Onde:
- m é a massa de 0,01 kg
- c é o calor específico do ouro
- DeltaTheta é a variação da temperatura
Nesse tipo de questão é muito importante conferir as unidades para conseguirmos chegar no resultado. Note que o calor específico foi dado em unidades do SI: kg, J, K. Portanto, teremos que converter a massa de grama para kilograma mas não há necessidade de converter as temperaturas de Celsius para Kelvin pois o resultado seria o mesmo já que a variação de 1 grau na escala Celsius corresponde exatamente a variação de 1 grau Kelvin.
Substituindo então os valores do enunciado temos:
Q = 0,01 cdot 130 cdot (180 - 50)
Q = 1,95 times 10^2
1559) Duas correntes líquidas escoam em lados opostos de uma placa de aço. Uma das correntes consiste em água a 90ºC e, a outra, em água a 20ºC.
Os principais mecanismos de transferência de calor que ocorrem nas correntes líquidas e no aço são
- A) condução nas correntes líquidas e radiação na placa de aço
- B) condução nas correntes líquidas e convecção na placa de aço
- C) radiação nas correntes líquidas e condução na placa de aço
- D) convecção nas correntes líquidas e radiação na placa de aço
- E) convecção nas correntes líquidas e condução na placa de aço
A alternativa correta é letra E) convecção nas correntes líquidas e condução na placa de aço
Antes de respondermos a questão, vamos relembrar rapidamente quais são as formas de propagação de calor.
Convecção é a transferência de energia térmica pelo movimento de moléculas de uma parte do material para outra.
Condução é a transferência de calor por contato direto das partículas de matéria sem que haja movimento de moléculas de uma parte do material para outra.
Radiação é uma forma de propagação de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas.
Sendo assim, é fácil imaginar que nas correntes líquidas as moléculas se movimentam e trocam de posição a todo tempo. Portanto, ocorre a convecção nas correntes líquidas. Já nas placas de aço, a estrutura molecular é rígida em condições normais e o calor se propaga por condução.
1560) Em um processamento, 200 kg de água a 30 ºC são aquecidos até a obtenção de 200 kg de vapor d’água a 110 ºC. A quantidade de calor, em J, necessária para esse processamento corresponde aproximadamente a
- A) 4,0 x 106
- B) 5,9 x 107
- C) 6,3 x 107
- D) 4,2 x 108
- E) 5,2 x 108
A alternativa correta é letra E) 5,2 x 108
Vamos dividir este problema em três etapas: aquecimento do líquido até 100 graus Celsius, vaporização e por fim o aquecimento do vapor até 110 graus Celsius. Cada etapa demandará uma quantidade de calor, sensível, latente e sensível respectivamente.
Calor da Etapa 1 - aquecimento até 100 graus.
Q_1 = mcDeltaTheta
Q_1 = 200 cdot 4,2 times 10^3 cdot 70
Q_1 = 0,58 times 10^8
Calor da Etapa 2 - vaporização
Q_2 = mcdot L
Q_2 = 200 . 2,3 times 10^6
Q_2 = 4,6 times 10^8
Calor da Etapa 3 - aquecimento até 110 graus.
Q_3 = mc DeltaTheta
Q_3 = 200 cdot 2 times 10^3 cdot 10
Q_3 = 0,04 times 10^8
A quantidade de calor, em J, necessária para esse processamento é dada pela soma do calor necessário em cada uma das etapas. Logo:
= 0,58 times 10^8 + 4,6 times 10^8 + 0,04 times 10^8
= 5,22 times 10^8
Note que o o enunciado nos pede um resultado aproximado. Portanto, devemos marcar a alternativa mais próxima, letra D.