Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1591) Em um laboratório afastado de cidades, um técnico precisava preparar um tanque contendo 20 L de água a 50°C (densidade = 1 g/cm³), mas percebeu que o transformador parou de funcionar. Esse laboratório possuía uma cisterna enterrada na terra contendo água a 30°C e uma caixa d’água exposta ao sol, com água a 80°C. O técnico resolveu misturar a água dos dois reservatórios para obter a quantidade e a temperatura d’água desejada.
Dado
capacidade calorífica da água = 4,186 J/(g.K) na faixa
de temperatura considerada
Quantos litros de água mais fria ele precisou empregar para completar 20 L?
- A) 6
- B) 8
- C) 10
- D) 12
- E) 14
A alternativa correta é letra D) 12
Seja rho times v a massa de água fria, dada pela multiplicação da densidade rho pelo volume v, que inicialmente está a a 30 oC.
Essa massa receberá uma quantidade de calor responsável por aumentar a temperatura para 50 oC. A quantidade de calor recebida será dada por:
Q = rho times v times c times (50 - 30)
Em que c é o calor específico da água.
O volume total será de 20 litros, sendo que v é o volume de água fria. Logo, 20-v será o volume de água quente, e sua massa será dada por rho times (20 - v).
Essa massa perderá calor para ir de 80 oC para 50 oC. A quantidade de calor perdida será dada por:
Q = rho times (20-v) times c times (80 - 50)
A quantidade de calor recebida pela água fria é numericamente igual a quantidade de calor cedida pela água quente. Igualamos as equações.
rho times v times c times (50 - 30) = rho times (20-v) times c times (80 - 50)
Simplificamos.
20 v = (20 - v) times 30
20v = 600 - 30v
50v = 600
m =12 litros.
São necessários 12 litos de água fria.
Gabarito: Letra D.
1592) Analise as seguintes afirmativas:
I. A capacidade calorífica de um corpo é a quantidade de calor que o corpo pode absorver a uma determinada temperatura.
II. A energia interna de uma dada quantidade de gás ideal depende somente de sua temperatura absoluta.
III. Para qualquer material que se expande quando aquecido, CP é maior que CV.
Está(ão) CORRETA(S), apenas
- A) I.
- B) II.
- C) I e II.
- D) I e III.
- E) II e III.
A alternativa correta é letra B) II.
Gabarito: Letra B
Analise as seguintes afirmativas:
I. A capacidade calorífica de um corpo é a quantidade de calor que o corpo pode absorver a uma determinada temperatura.
Definição de Capacidade calorífica: A capacidade térmica (C), também chamada de capacidade calorífica é a quantidade de calor que deve ser absorvida ou cedida por um corpo para que ocorra variação de 1 °C.
ITEM I ERRADO
II. A energia interna de uma dada quantidade de gás ideal depende somente de sua temperatura absoluta.
U = frac{3}{2}.n.R.T
ITEM II CORRETO
III. Para qualquer material que se expande quando aquecido, CP é maior que CV.
Na transformação a volume constante, a energia fornecida ao gás é usada apenas para aumentar a temperatura, enquanto que, na transformação a pressão constante, além de aumentar a temperatura, a energia é utilizada também para a realização de trabalho. Logo, temos que C_P>C_V, para transformações gasosas, o item III refere-se a qualquer material, no caso a afirmação está equivocada uma vez que a fase gasosa deveria ter sido explicitada.
ITEM III ERRADO.
Está CORRETO, apenas o ITEM II.
Gabarito: Letra B
1593) Se a temperatura de um corpo-negro cresce por um fator de 3, a energia irradiada por segundo por unidade de área
- A) decresce por um fator de 81.
- B) decresce por um fator de 9.
- C) cresce por um fator de 9.
- D) cresce por um fator de 27.
- E) cresce por um fator de 81.
A alternativa correta é letra E) cresce por um fator de 81.
A energia irradiada pelo corpo negro é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann:
P = sigma T^4
Onde P é a energia irradiada, sigma é a constante de Boltzmann e T é a temperatura. Por estar elevada à quarta potência, um crescimento por um fator de 3 na temperatura ocasiona um crescimento de 3^4 = 81 na energia irradiada.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
1594) Quando ocorrem variações exageradas de temperatura, um fenômeno comum que se pode observar é a dilatação dos corpos. Tal fenômeno é observado, por exemplo, em um local em que ocorre um incêndio.
Analisando a dilatação de dois objetos distintos, essa dilatação dependerá apenas da(o)
- A) variação de temperatura dos objetos.
- B) condutibilidade térmica e do coeficiente de dilatação dos objetos.
- C) coeficiente de dilatação volumétrico e da variação de temperatura dos objetos.
- D) comprimento inicial, do coeficiente de dilatação e da variação de temperatura deles.
A alternativa correta é letra D) comprimento inicial, do coeficiente de dilatação e da variação de temperatura deles.
A dilatação térmica dos corpos acontece devido ao aumento no grau de agitação de suas moléculas, o que causa um aumento da distância média entre elas e faz com que os corpos aumentem suas dimensões. A equação da variação de comprimento é dada por:
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear, L_0 é o comprimento inicial e Delta T é a variação de temperatura.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
1595) Um conceito importante que surge no estudo dos fluidos é o conceito de pressão. Com relação a ele, considere as seguintes afirmativas:
Assinale a alternativa correta.
- A) Somente a afirmativa 1 é verdadeira.
- B) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.
- C) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras.
- D) Somente as afirmativas 2, 3 e 4 são verdadeiras.
- E) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras.
A alternativa correta é letra E) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras.
Vamos analisar cada uma das afirmativas:
A pressão atmosférica ao nível do mar a 0 oC vale 1 atm. CORRETA. É a definição do termo atmosfera padrão.
Um processo termodinâmico que ocorra sujeito a uma pressão constante é chamado isobárico. CORRETA. A palavra deriva da língua grega iso, que significa "igual" e baros, "pressão".
A pressão exercida por um líquido num dado ponto aumenta à medida que a profundidade desse ponto aumenta. CORRETA. A pressão hidrostática ocorre no interior dos líquidos, exercida pelo peso do próprio fluído e depende da profundidade do ponto considerado.
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de pressão é o pascal (Pa). CORRETA. É equivalente a um newton por metro quadrado (N/m2).
Portanto, a alternativa correta é a letra (e), todas as afirmativas são verdadeiras.
1596) Em férias no litoral, um estudante faz para um colega as seguintes observações:
I. A luz solar consiste de uma onda eletromagnética transversal, não polarizada e policromática.
II. A partir de um certo horário, toda a luz solar que incide sobre o mar sofre reflexão total.
III. A brisa marıtima ´e decorrente da diferença entre o calor especıfico da areia e o da água do mar.
A respeito dessas observações, é
correto afirmar que
- A) todas são verdadeiras.
- B) apenas I é falsa.
- C) apenas II é falsa.
- D) apenas III ´e falsa.
- E) há mais de uma observação falsa.
A resposta correta é a letra C) apenas II é falsa.
Vamos analisar as observações feitas pelo estudante:
I. A luz solar consiste de uma onda eletromagnética transversal, não polarizada e policromática. Isso é verdadeiro, pois a luz solar é composta por uma ampla gama de comprimentos de onda, incluindo raios X, ultravioleta, visível e infravermelho.
II. A partir de um certo horário, toda a luz solar que incide sobre o mar sofre reflexão total. Isso é falso, pois a reflexão total não ocorre em todas as condições e horários. A reflexão da luz solar no mar depende de vários fatores, como o ângulo de incidência, a natureza da superfície do mar e a concentração de impurezas no ar.
III. A brisa marítima é decorrente da diferença entre o calor específico da areia e o da água do mar. Isso é verdadeiro, pois a brisa marítima é causada pela diferença de temperatura entre a areia quente e a água do mar mais fria, o que gera uma circulação de ar.
Portanto, apenas a observação II é falsa, o que torna a letra C) a resposta correta.
1597) Um fogão de sol é uma invenção simples que permite o aproveitamento da luz solar para cozinhar alimentos. Ele consiste em uma caixa pintada de preto revestida por dentro com papel alumínio e possui uma tampa de vidro. A base interna da caixa também é pintada de preto. Cada parte do fogão tem um papel importante no aumento da temperatura em seu interior, entre as quais
Crédito: Sergio F. Lima (http://sfl.pro.br/fotos/index.php?/tags/7-fisica)
- A) a tampa de vidro reduz perdas de calor por convecção e por irradiação.
- B) a cor preta externa da caixa serve para aumentar a absorção de calor por convecção.
- C) o revestimento do interior da caixa com papel alumínio serve para aumentar a absorção de calor pelas paredes.
- D) a cor preta externa serve para reduzir as perdas de calor da caixa, já que um objeto negro não é um bom emissor de calor.
- E) a tampa de vidro é transparente para a radiação infravermelha, o que favorece a ocorrência de efeito estufa na caixa.
A alternativa correta é letra A) a tampa de vidro reduz perdas de calor por convecção e por irradiação.
Analisamos cada uma das alternativas:
a) a tampa de vidro reduz perdas de calor por convecção e por irradiação. (CORRETA)
A tampa de vidro impede que o ar quente saia do ambiente quente por convecção, além de ser uma superfície isolante. O vidro também permite a entrada de radiações visíveis e reduz, por reflexão, que as ondas de calor (infravermelho) saiam.
b) a cor preta externa da caixa serve para aumentar a absorção de calor por convecção. (ERRADA)
A cor preta absorve a energia por radiação de luz. Ser preto significa precisamente isso: a luz não reflete na superfície. Ou seja, não se trata de absorção por convecção.
c) o revestimento do interior da caixa com papel alumínio serve para aumentar a absorção de calor pelas paredes. (ERRADA)
O alumínio é uma superfície refletora, serve para redirecionar a radiação para o objeto a ser aquecido. Ele, portanto, não serve para aumentar a absorção das paredes.
d) a cor preta externa serve para reduzir as perdas de calor da caixa, já que um objeto negro não é um bom emissor de calor. (ERRADA)
O preto é um bom absorsor de calor. Isso não significa que ele não seja um bom emissor. Essas características não estão necessariamente correlacionadas.
e) a tampa de vidro é transparente para a radiação infravermelha, o que favorece a ocorrência de efeito estufa na caixa. (ERRADA)
O vidro permite a entrada de ondas visíveis. Porém, ela é boa refletora das ondas infravermelho: ondas normalmente provocadas pelo aquecimento de um objeto.
1598) Considere a energia necessária para derreter um bloco de gelo de 10kg de massa e temperatura de 0°C. Se esta energia fosse toda utilizada para levantar uma pessoa de 70kg, seria atingida, aproximadamente, a altura de
(Considere: Calor latente de fusão do gelo = 80cal/g; 1cal = 4,2J e g = 10m/s^2).
- A) 2,7x10^2m.
- B) 6,0x10^2m.
- C) 8,7x10^2m.
- D) 1,1x10^3m.
- E) 4,8x10^3m.
A alternativa correta é letra E) 4,8x10^3m.
Como o bloco de gelo já está a zero graus, não precisamos usar energia de aquecimento. Então, a energia para derreter o bloco será o produto da massa (em gramas, 1kg = 1000 g) pelo calor latente:
Q = m.c
Q = 10. (1000) . 80
Q = 8 . 10^5 Cal
Calorias não é a unidade internacional. Precisamos, portanto, converter esse valor para Joules:
1 Cal = 4,2 J
Q = 8 . 10^5 .4,2 J
Q = 33,6 10^5 J
Usamos essa energia para levantar a pessoa. Nesse caso, consideramos a variação na energia potencial gravitacional da pessoa:
Delta E = m .g .Delta H
33,6 . 10^5 = 70 . 10 . Delta H
Delta H = frac{33,6 . 10^5}{700}
Delta H = frac{33,6 . 10^3}{7}
Delta H = 4,8 . 10^3 m
Esse valor corresponde ao da alternativa E.
1599) Em Belém do Pará, a temperatura média permanece estável durante o dia e à noite. Não há grandes variações abruptas de temperatura, como nos desertos, onde as temperaturas de dia chegam a quase 50º e caem abaixo de zero à noite. A razão principal para este fato é que
- A) a areia é um bom condutor de calor e, assim, libera mais rápido o calor recebido do sol.
- B) a água possui um alto calor específico e, em regiões como Belém, que possui alta umidade, torna mais difícil a variação de temperatura. Como nos desertos há pouca água, a variação de temperatura é mais rápida.
- C) a areia possui um alto calor específico. Assim, as regiões desérticas trocam mais rapidamente calor, variando bastante a temperatura. Como a água tem baixo calor específico, não permite a variação rápida de temperatura.
- D) a quantidade de água na Amazônia cria uma camada protetora que impede a saída do calor à noite. No deserto, como não há essa quantidade de água, o calor é perdido facilmente, pois não há a formação da camada protetora.
- E) a areia é como um espelho: reflete a luz solar e não retém calor. Em regiões com floresta isto não ocorre.
A alternativa correta é letra B) a água possui um alto calor específico e, em regiões como Belém, que possui alta umidade, torna mais difícil a variação de temperatura. Como nos desertos há pouca água, a variação de temperatura é mais rápida.
Analisamos as alternativas:
a) a areia é um bom condutor de calor e, assim, libera mais rápido o calor recebido do sol. (ERRADO)
O fato de a areia ser um bom condutor deveria ser responsável por permitir mudanças mais rápidas de temperatura. A condução maior faz com que os ajustes a novas condições ocorra mais rápido.
b) a água possui um alto calor específico e, em regiões como Belém, que possui alta umidade, torna mais difícil a variação de temperatura. Como nos desertos há pouca água, a variação de temperatura é mais rápida. (CORRETO)
O alto calor específico faz com que as variações de temperatura ocorram mais demoradamente. O ajuste a novas condições ocorre mais demoradamente, fazendo com que as temperaturas sejam mais estáveis. Ao contrário, regiões com pouca água apresentam variações bruscas de temperatura entre dia e noite.
c) a areia possui um alto calor específico. Assim, as regiões desérticas trocam mais rapidamente calor, variando bastante a temperatura. Como a água tem baixo calor específico, não permite a variação rápida de temperatura. (ERRADO)
Areia possui baixo calor específico. O restante da afirmação é correto.
d) a quantidade de água na Amazônia cria uma camada protetora que impede a saída do calor à noite. No deserto, como não há essa quantidade de água, o calor é perdido facilmente, pois não há a formação da camada protetora. (ERRADO)
Não se trata de uma camada protetora, mas do fato de que a água libera demoradamente o calor absorvido ao longo do dia.
e) a areia é como um espelho: reflete a luz solar e não retém calor. Em regiões com floresta isto não ocorre. (ERRADO)
Embora haja alguma reflexão, esse não é o fenômeno preponderante. A areia acaba absorvendo bastante energia ao longo do dia, embora a sua liberação seja rápida.
1600) Em uma garrafa térmica considerada ideal são colocados 350 g de água a 40ºC e 50 g de gelo a 0ºC. A temperatura de equilíbrio do sistema é
Dados:
Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
Calor específico da água: 1 cal/g°C
- A) 0ºC.
- B) 20,5ºC.
- C) 25,0ºC.
- D) 28,5ºC.
- E) 35,0ºC.
A alternativa correta é letra C) 25,0ºC.
Como a água e o gelo são misturados em uma garrafa térmica, podemos considerar que o sistema é isolado. Assim, a soma das quantidades de calor cedida e recebida é zero. Seja Q_1 a quantidade de calor cedido por 350 g de água ao variar de 40°C até a temperatura final theta_f, Q_2 o calor utilizado para derreter 50 g de gelo e Q_3 o calor utilizado para aquecer 50 g de água até uma temperatura theta_f. Assim, temos que:
Q_1 + Q_2 + Q_3 = 0
Logo,
m_{água} cdot c_{água} cdot ( theta_f - 40 ) + m_{gelo} cdot L_{gelo} + m_{gelo} cdot c_{água} cdot ( theta_f - 0 ) = 0
350 cdot 1 cdot ( theta_f - 40 ) + 50 cdot 80 + 50 cdot 1 cdot theta_f = 0
350 cdot theta_f - 14000 + 4000 + 50 cdot theta_f = 0
400 cdot theta_f = 10000
theta_f = 25°C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).