Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1561) Um copo de alumínio está totalmente cheio com 500 mL de um líquido, e ambos estão a 25,0 ºC. O sistema é aquecido lentamente até que líquido e copo cheguem ao equilíbrio térmico a 55,0 ºC. Verifica-se, ao final do processo, que 1,50 mL do líquido transbordaram do copo.
O coeficiente de dilatação volumétrico do líquido, em ºC-1, vale, aproximadamente,
- A) 1,00 x 10-4
- B) 1,30 x 10-4
- C) 1,75 x 10-4
- D) 1,95 x 10-4
- E) 2,50 x 10-4
A alternativa correta é letra C) 1,75 x 10-4
A dilatação volumétrica Delta V de um corpo com coeficiente de dilatação volumétrica gamma devido à variação de temperatura Delta theta é dada por:
Delta V = gamma cdot V_0 cdot Delta theta
Onde V_0 é o volume inicial.
Assim, como os sólidos, os líquidos podem sofrer dilatação térmica quando aquecido. Como os líquidos não possuem forma própria, assumido então a forma de seu recipiente, tanto o líquido quanto o recipiente sofrem dilatação. A dilatação real de volume do líquido Delta V_R é igual à soma do volume de líquido transbordado Delta V_{transbordado} com a dilatação real do frasco Delta V_F. Logo,
Delta V_R = Delta V_{transbordado} + Delta V_F
Assim, temos:
gamma_{líquido} cdot V_0 cdot Delta theta =Delta V_{transbordado} + gamma_{frasco} cdot V_0 cdot Delta theta
gamma_{líquido} cdot 500 cdot 30 = 1,5 + 7,5 cdot 10^{-5} cdot 500 cdot 30
gamma_{líquido} 1,5 cdot 10^4 = 2,625
gamma_{líquido} = 1,75 cdot 10^{-4}
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (C).
1562) Um calorímetro de capacidade térmica igual a 10,0 cal.°C-1 é utilizado para determinar o calor específico de uma substância líquida. 200 g de líquido são aquecidos, colocados no calorímetro, e os dois entram em equilíbrio térmico a 40,0°C. Em seguida, são adicionados 50,0 g de gelo a -10,0°C. Após um tempo, o sistema entra em equilíbrio térmico novamente a 10,0°C.
Considerando-se desprezíveis as trocas de calor entre o interior do calorímetro e a vizinhança, o valor do calor específico da substância líquida, em cal.g-1.°C-1, é, aproximadamente:
- A) 0,142
- B) 0,292
- C) 0,658
- D) 0,742
- E) 0,842
A alternativa correta é letra D) 0,742
Vamos encontrar a quantidade de calor que o calorímetro fornece ao sair da temperatura de 40°C para 10°C:
Q_{calorímetro} = C_{calorímetro} cdot Delta theta
Q_{calorímetro} = 10 cdot left( 10-40 right)
Q_{calorímetro} = - 300 cal
Quando o gelo é adicionado, o calorímetro e o líquido fornecem calor para aquecê-lo de -10°C até 0°C. Após isso, o calor é fornecido para fundir o gelo e depois para aquecer a água de 0°C até 10°C. O calor necessário para aquecer o gelo é:
Q_{gelo} = m_{gelo} cdot c_{gelo} cdot Delta theta
Q_{gelo} = 50 cdot 0,5 cdot (0 - (-10))
Q_{gelo} = 250 cal
O calor necessário para fundir o gelo é dado por:
Q_{fusão} = m cdot L
Q_{fusão} = 50 cdot 80
Q_{fusão} = 4000 cal
Finalmente, o calor necessário para aquecer a água é:
Q_{água} = m_{água} cdot c_{água} cdot Delta theta
Q_{água} = 50 cdot 1 cdot (10 - 0)
Q_{água} = 500 cal
Como o sistema é isolado, temos:
Q_{liquido} + Q_{calorimetro} + Q_{gelo} + Q_{fusão} + Q_{água}= 0
Logo,
Q_{liquido} - 300 + 250 + 4000 + 500= 0
Q_{liquido} = -4450 cal
m_{líquido} cdot c_{líquido} cdot Delta theta = -4450 cal
200 cdot c_{líquido} cdot (10 - 40) = -4450 cal
-6000 c_{líquido} = -4450 cal
c_{líquido} = -0,742 cal cdot g^{-1} cdot °C^{-1}
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (D).
1563) A razão adiabática seca ou gradiente vertical de temperatura do ar seco (não saturado) dentro da troposfera é de menos 1 ºC/100 m. Já a variação vertical média da temperatura de ponto de orvalho é de 0,2 ºC/100 m, isto é, a cada 100 m, a diferença entre a temperatura de ponto e orvalho e a razão adiabática seca é constante de 0,8 ºC/100 m. O conhecimento desses dados e dos valores da temperatura que dão origem ao processo de convecção de nuvens cumuliformes na superfície e da temperatura de ponto de orvalho na superfície, permitem determinar a altura em que as nuvens cumuliformes vão se formar.
Na vertical de um ponto da superfície da terra onde ocorreum processo de convecção, a temperatura do ar a 800 m é de 13 ºC, e a temperatura de ponto de orvalho na superfície é de 9 ºC.
Qual é, em m, a altura da base das nuvens cumulus formadas?
- A) 800
- B) 1.200
- C) 1.500
- D) 1.800
- E) 2.000
A alternativa correta é letra C) 1.500
Primeiramente vamos calcular as temperaturas do ar na superfície:
T = 13 + (rascdot8)
T= 13+8 = 21ºC
A temperatura do orvalho na superfície foi informada no enunciado. Então podemos a fórmula de cálculo de temperatura de base de nuvem:
H = 125cdot(T-T_o)
H = 125cdot(21-9)
boxed{H = 125cdot12=1500,m}
Gabarito: C
1564) Durante o processo de gestão ambiental de uma empresa, sempre deve ser buscado o uso racional dos recursos e a adoção de tecnologias que gerem resultado com a maior eficiência possível. Uma usina termelétrica, alimentada a carvão, utiliza 700 Mg de carvão por dia. O valor energético do carvão é de 30.000 kJ/kg.
Sabendo-se que essa usina produz 2,45 x 106 kWh de eletricidade por dia, qual a eficiência de geração de energia elétrica apresentada?
- A) 25%
- B) 36%
- C) 42%
- D) 57%
- E) 68%
A alternativa correta é letra C) 42%
Utilizando os dados apresentados, a massa do carvão equivale a 700000kg. Essa quantidade de carvão é capaz de produzir uma energia de:
E=7cdot10^{5}cdot3cdot10^{7}
E=21cdot10^{12},J
Essa energia de carvão equivale, em KWh a:
E'=frac{21cdot10^{12}}{3,6cdot10^{6}}=5,83cdot10^{6}
Logo, a eficiência na produção de energia elétrica pela usina termelétrica será:
mu=frac{2,45cdot10^{6}}{5,83cdot10^{6}}text{x100%}=42text{%}
Gabarito: C
1565) A alternativa que melhor apresenta um valor da temperatura, no SI, para uma pessoa que se encontra em estado febril é
- A) 39 ºC
- B) 39 ºF
- C) 39 K
- D) 102 0F
- E) 312 K
A alternativa correta é letra E) 312 K
Uma pessoa que se encontra em estado febril apresenta temperatura corporal acima de 37,8°C. A unidade de temperatura no SI é o kelvin. A conversão de °C para kelvin é dada por:
theta_K = theta_C + 273,15
Logo,
theta_K = 37,8 + 273,15
theta_K = 310,95 K
Então, a temperatura uma pessoa que se encontra em estado febril, no SI, encontra-se acima de 310,95 K. Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (E), 312 K.
1566) Um ebulidor é um aparelho que funciona por efeito joule. Quando ligado em 110V e colocado dentro de um béquer contendo 0,5 kg de água a uma temperatura de 20ºC, consegue elevar a temperatura dessa amostra para 80ºC em 4,0 minutos.
Dados:
Considerando que toda a energia liberada pelo ebulidor seja utilizada para aquecer apenas a água, podemos afirmar que a potência dele vale
- A) 1,25.10 2 W
- B) 1.10 3 W
- C) 3,0.10 4 W
- D) 5.10 2 W
- E) 7,5.10 2 W
A alternativa correta é letra D) 5.10 2 W
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que foi transferida para a água elevar sua temperatura:
Q = m cdot c cdot Delta theta
Substituindo-se os valores, temos:
Q = 500 cancel {g} cdot 4,0 dfrac{J}{cancel {g} cancel {°C}} cdot (80 - 20) cancel {°C}
Q = 120.000,00 J
Agora, podemos calcular a potência:
P = dfrac{Q}{Delta t}
P = dfrac{120.000 J}{4 cdot 60 s}
P = 500 W = 5,0 cdot 10^2 W
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (D).
1567) O brinquedo do “pássaro que bebe” é mostrado na sequência da a, b c e d da figura e na foto. Quando o bico do pássaro é molhado e a água evapora, observamos que ele tomba para o copo, pois o líquido em seu interior sobe para a sua cabeça, mudando o seu centro de massa. A movimentação do líquido em seu interior o força a voltar para a posição vertical e o processo recomeça.
Podemos afirmar que o líquido sobe pelo corpo do pássaro quando a água do bico evapora, pois a
- A) densidade do ar na cabeça do pássaro aumenta.
- B) densidade do ar sobre o líquido na parte inferior aumenta.
- C) pressão da cabeça do pássaro aumenta.
- D) pressão da cabeça do pássaro diminui.
- E) pressão sobre o líquido na parte inferior aumenta.
A alternativa correta é letra D) pressão da cabeça do pássaro diminui.
Quando a água do bico evapora, a troca de calor faz com que a temperatura na cabeça do pássaro seja menor do que a do corpo. Isso causa uma menor evaporação do líquido interno do pássaro na cabeça, diminuindo a pressão de vapor nessa região. Essa diferença de pressão faz o líquido subir e mudar o centro de massa do pássaro, fazendo com que ele se incline.
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (D).
1568) Dentro de um calorímetro de capacidade térmica desprezível, são misturados 200 g de esferas de ferro à temperatura de 100ºC e 500 g de água à temperatura de 20ºC. O sistema é fechado e, após um determinado tempo, podemos afirmar que a temperatura de equilíbrio vale, aproximadamente:
Dados: Calor específico da água: 1 cal/g0C; calor específico do ferro: 0,11 cal/gºC.
- A) 60ºC.
- B) 93ºC.
- C) 40ºC.
- D) 23ºC.
- E) 82ºC.
A alternativa correta é letra D) 23ºC.
Seja theta a temperatura de equilíbrio. Quando o sistema é fechado, a quantidade de calor transferida pelas esferas de ferro é a mesma quantidade de calor recebida pela água. Como Q=m c Delta theta, podemos escrever:
Q_{ferro} = - Q_{água}
m_{ferro} cdot c_{ferro} cdot (theta - 100) = - m_{água} cdot c_{água} cdot (theta - 20)
200 cdot 0,11 cdot (theta - 100) = - 500 cdot 1 cdot (theta - 20)
22 (theta - 100) = - 500 (theta - 20)
22 theta - 22 cdot 100 = - 500 theta + 500 cdot 20
22 theta - 2200 = - 500 theta + 10000
522 theta = 12200
theta = 23,37 °C
Portanto, a alternativa correta é a letra (D), 23°C.
1569) Um pequeno aquecedor elétrico de imersão de 200 watts de potência foi usado para aquecer 240g de água durante 4 minutos. A variação da temperatura dessa quantidade de água, neste intervalo de tempo foi de: (Dados: Calor específico da água igual a 1 cal/g°C, 1 cal = 4 J).
- A) 60 oC
- B) 80 oC
- C) 50 oC
- D) 70 oC
- E) 90 oC
A alternativa correta é letra C) 50 oC
Sabendo a potência P desse aquecedor, podemos calcular a quantidade de energia E transferida durante este intervalo de tempo por meio da equação:
P = dfrac{E}{Delta t}
Substituindo-se os valores, temos:
200 W= dfrac{E}{4 cdot 60 s}
E = 48.000 J
Considerando que essa energia foi transferida para água em forma de calor, temos:
E = Q = mc Delta theta
Logo,
48.000 = 240 cdot 4 cdot Delta theta
Delta theta = dfrac {48.000}{ 240 cdot 4 }
Delta theta = 50 °C
Portanto, o gabarito da questão é a alternativa (C), 50°C.
1570) Considere um cilindro no qual está contido um gás. O cilindro tem um êmbolo móvel, e a sua extremidade inferior está tampada. Este cilindro é mergulhado em água, que é aquecida por meio de um bico de Bunsen, conforme ilustrado na figura abaixo.
Os dados coletados durante um experimento estão expressos na tabela abaixo:
Segundo a lei de Charles, a relação entre o volume e a temperatura, à pressão constante, é linear: V = kT. De acordo com os dados da tabela, o valor dessa constante k, em ml/K, é aproximadamente:
- A) 8,17
- B) 0,18
- C) 5,69
- D) 1,33
- E) 0,12
A alternativa correta é letra B) 0,18
De acordo com a lei de Charles, temos:
V = kT
Como essa relação é linear, podemos escrever:
k= dfrac{ Delta V}{Delta T}
Vamos inserir na equação os extremos dos dados da tabela. Assim, teremos:
k= dfrac{ 60 - 49}{70 - 6}
k = dfrac{11}{64}
k = 0,1718
Portanto, a alternativa correta é a letra (B), 0,18.