Questões Sobre Termologia - Física - concurso

A alternativa correta é letra A) 60 x 10^-6 J

Aplicação direta:

Q = m c Delta T

Q = 2,0 times 10^{-10} times 3.000 times (46-36) = 6,0 times 10^{-6} , J

Gabarito: LETRA A.

A alternativa correta é letra A) 580 J/ ^oC

Ele quer saber a capacidade térmica do recipiente

Q = m times c times Delta T + C times Delta T

0 = 1 times 120 times (50 - 80) + 2 times 200 times (50 - 70) + C times (50 - 30)

C = dfrac{11.600}{20} = 580 , J/ oC

Gabarito: LETRA A.

A alternativa correta é letra D) morreria ou ficaria seriamente ferido, porque, devido à temperatura extremamente baixa e à pressão externa, seu corpo sofreria com o congelamento e com os efeitos de alta pressão corpórea em relação à baixíssima pressão do espaço.

Gabarito: Letra D.

Analisando alternativa por alternativa

a)  morreria ou ficaria seriamente ferido, porque seu corpo poderia implodir com a diferença de pressão com o espaço sideral.

ERRADO. Talvez esta questão tenha feito candidatos preparados e um pouco afoitos marcarem.

Implodir significaria que o corpo iria ser esmagado pela pressão externa (seria o equivalente a "explodir  pra dentro"). Isso não ocorre pois a pressão externa do espaço é inferior.

b)  viveria, porque seu corpo conseguiria controlar os processos de embolia, hipertemia e aumento de temperatura. ERRADO. Não seria possível controlar os processos mencionados visto a hostilidade do espaço. Baixíssimas pressões e temperaturas que não dão condição para o corpo ter uma resposta tão imediata.

c)  morreria, porque seria incinerado no espaço. ERRADO. O oposto: ele congelaria.

d)  morreria ou ficaria seriamente ferido, porque, devido à temperatura extremamente baixa e à pressão externa, seu corpo sofreria com o congelamento e com os efeitos de alta pressão corpórea em relação à baixíssima pressão do espaço. CORRETO. Conforme as  explicações anteriores. O corpo congelaria ou sofreria com as baixas pressões.

A alternativa correta é letra D) 420.

Do enunciado, a vazão de água é dada por:

Z = 18 l/h

Como 1 l = 1 m^3 e a densidade da água é de 1 kg/m^3, temos que:

Z = 18 kg/h

Convertendo para kg/s, temos:

Z = 18 dfrac { kg } { cancel h } cdot dfrac { 1 cancel h } { 3600 s}

Z = 0,005 kg/s

Dessa forma, temos que 0,005 kg de água circula pela serpentina a cada segundo. Assim, podemos calcular a quantidade de energia fornecida à água a cada segundo da seguinte maneira:

Q = mc Delta theta

Q = 0,005 cdot 4,2 cdot ( 35 -15 )

Q = 0,42 kJ

Q = 420 J

Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).

A alternativa correta é letra C) essa pessoa não sofreria queimaduras sérias, pois a capacidade térmica de sua calça é relativamente grande.

Resolução
(F) Essa pessoa sofreria sérias queimaduras, pois a temperatura do líquido era em torno de 100ºC.
A pessoa não sofreria sérias queimaduras. A explicação disso é dada na justificativa da terceira afirmativa.

Afirmativa Falsa.

(F) Essa pessoa não sofreria queimaduras sérias, pois o calor específico da água é muito pequeno.
O calor específico da água é alto. Veja a seguir que o calor específico da água (water) é o mais alto dentre as substâncias da tabela (College Physics Textbook Equity Edition Volume 2 of 3: Chapters 13 – 24).

Afirmativa Falsa.

Figura 1

(V) Essa pessoa não sofreria queimaduras sérias, pois a capacidade térmica de sua calça é relativamente grande.

Mais preciso seria afirmar que o calor específico da calça é relativamente grande (veja complemento). Por isso, seguiremos nos referindo ao calor específico e não à capacidade térmica. Calor específico de uma substância é a quantidade de energia que precisa ser fornecida para uma unidade de massa para que ela varie em uma unidade de temperatura. Um calor específico alto significa que precisa ser fornecida uma alta quantidade de energia para que a temperatura se eleve sensivelmente. Dessa forma, como a calça jeans tem um calor específico relativamente alto, o café não é capaz de fornecer energia suficiente para que a temperatura da calça se eleve a ponto de a pessoa sofrer queimaduras sérias.
Afirmativa Verdadeira.

(F) A transferência de calor do líquido (café) para a sua perna se dá por meio da irradiação.
A transferência de calor se dá por contato. Um exemplo de transferência de calor por irradiação é o aquecimento da Terra pelo Sol.

Afirmativa Falsa.

Gabarito: C

Complemento
Voltemos à terceira afirmativa, em que o examinador se refere à “capacidade térmica”. A relação entre capacidade térmica e calor específico é dada pela Equação (1).

C = c times mtag{1}
         
Em que “C” é a capacidade térmica, “c” é o calor específico e “m” a massa do corpo. A capacidade térmica é usada quando a massa do corpo é relevante. Não é o nosso caso. Para o nosso problema uma calça grande (massa maior) é equivalente à uma calça pequena (massa menor).
 

Gabarito: C

A alternativa correta é letra B) 112,5g de gelo.

Resolução
Primeiro, vamos calcular a energia que precisa ser fornecida ao gelo para que ele atinja zero grau.

Q = mcleft( {{T_F} - {T_I}} right)tag{1}

Q = 200 times 0,5 times left( {0 - left( { - 20} right)} right)tag{2}

boxed{Q = 2000cal}tag{3}

Agora, vamos calcular a temperatura da água depois de fornecer essa energia.

Q = mcDelta Ttag{4}

- 2000 = 300 times 1 times left( {{T_{{F_{agua}}}} - 30} right)tag{5}

- 2000 = 300{T_{{F_{agua}}}} - 9000tag{6}

boxed{{T_{agua}} = frac{{70}}{3}^circ C}tag{7}

A água vai continuar fornecendo calor para derretimento do gelo até que a água atinja zero grau. Vamos ver quanto de energia ela consegue fornecer até atingir zero grau.

Q = mcleft( {{T_F} - {T_I}} right)tag{8}

Q = 300 times 1 times left( {0 - frac{{70}}{3}} right)tag{9}

boxed{Q = - 7000cal}tag{10}

Por fim, vamos calcular quantos gramas de gelo são derretidos com essa energia.

Q = mLtag{11}

7000 = m times 80tag{12}

boxed{{m_{gelo to agua}} = 87,5g}tag{13}

Portanto, no final teremos:

boxed{agua = 300 + 87,5 = 387,5g}tag{14}

boxed{Gelo = 200 - 87,5 = 112,5g}tag{15}

Gabarito: B

ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA

Teoria Aplicada

A lâmina bimetálica é constituída por dois metais com diferentes coeficientes de dilatação linear de modo que ao serem aquecidos (ou resfriados) ocorra o encurvamento da lâmina. No metal de maior coeficiente linear a dilatação é maior, logo o encurvamento devido ao aquecimento se dá de modo que ele seja o metal externo à curvatura.  No caso de resfriamento, ocorre o oposto: o encurvamento se dá de modo que o metal de maior coeficiente linear seja interno à curvatura.
Isso está ilustrado na Figura 1 (Fundamentos de Eletricidade, Volume 1: corrente contínua e Magnetismo; Richard Fowler).

Figura 1

Análise das Afirmativas
(V) Ocorre um encurvamento para o lado da lâmina com menor coeficiente de dilatação térmica.
Se considerarmos que as lâminas foram aquecidas, a afirmativa é verdadeira, conforme visto na Teoria.
Afirmativa Verdadeira (com restrições).

(F) A direção do encurvamento depende somente da temperatura ambiente.
Primeiro, a direção do encurvamento depende do coeficiente de dilatação linear dos metais. Além disso, depende se ocorreu aquecimento ou resfriamento da lâmina em relação à temperatura de referência (aquela em que o encurvamento é nulo)
Afirmativa Falsa.

(V) Ocorre o fenômeno conhecido por “flexão térmica”.
O termo, embora pouco usado, se refere à flexão que a lâmina sofre devido à mudança de temperatura.
Afirmativa Verdadeira.

(F) Ocorre um encurvamento para o lado da lâmina com maior coeficiente de dilatação térmica.
Se considerarmos que as lâminas foram aquecidas, a afirmativa é falsa, conforme visto na Teoria.
Afirmativa Falsa (com restrições).

(F) O encurvamento independe do material das lâminas.
O encurvamento depende do coeficiente de dilatação das metais. Logo, é dependente do material das lâminas.
Afirmativa Falsa.

Gabarito: anulada

Complemento (Anulação)
Não encontrei a justificativa oficial da banca para a anulação da questão. Porém, é possível perceber que a primeira e a quarta afirmativas dependem se aconteceu aquecimento ou resfriamento da lâmina. Por exemplo, consideramos a primeira afirmativa correta pressupondo que tenha acontecido aquecimento. Se tivéssemos pressuposto que ocorreu resfriamento a afirmativa seria falsa.

A alternativa correta é letra A) Entre 18 min e 30 min.

Resolução
O problema não especifica exatamente como ocorreu o experimento. A primeira questão é sobre a temperatura indicada pelo gráfico. Não é a temperatura do gelo, afinal não há gelo em que ele próprio esteja a temperatura de 30° C.

Uma possibilidade é que haja uma panela apenas com pedras de gelo que estejam a uma temperatura inferior a 0° C. Além disso, supomos uma temperatura externa elevada. O gráfico seria referente à temperatura da panela.

Primeiramente, vamos dividir o gráfico em três intervalos distintos.

Figura 1

No intervalo 1 há apenas gelo a alguma temperatura inferior ao ponto de fusão. O gelo é capaz de receber calor a uma taxa maior que o ambiente é capaz de doar. A temperatura da panela diminui. No momento em que se atinge o intervalo 2 se inicia a fusão do gelo. Isso é constado pela mudança abrupta de inclinação da curva. A taxa de troca de calor entre o gelo e a panela depende da área do gelo. Com a fusão do gelo, é formada água a zero grau tendo uma superfície para troca de calor muito maior que a do gelo. Isso acelera, em muito, a queda de temperatura da panela. Nos últimos minutos do intervalo 2 a curva reduz a inclinação. Nesse momento, há pouco gelo, predominando água líquida já próxima do equilíbrio térmico. Quando se atinge o intervalo 3 o gelo se fundiu por completo. Nesse momento há apenas água líquida. O ambiente continua doando calor para o conjunto panela + água que começa a subir de temperatura.

O enunciado pede o intervalo de tempo em que ocorreu a fusão do gelo, logo o intervalo 2 da Figura 1.

Gabarito: A
 

A alternativa correta é letra C) a água, tendo capacidade térmica maior que a do ar, melhor absorve o calor da chama o que evita que a temperatura da borracha aumente muito.

Gabarito: LETRA C.

Ao aproximar o balão 1 da chama, o calor proveniente da combustão aquece a borracha muito rápido, fazendo com que ele não suporte a pressão interior do balão e se rompa, causando o estouro.

Porém, o princípio do balão a prova de fogo é que a água no seu interior absorve a maior parte do calor da chama, impedindo que a temperatura da borracha aumente muito, o que causaria seu rompimento e o consequente estouro. Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:

a)  a água possui calor específico menor que o ar, assim o calor absorvido pelo balão se dispersa rapidamente pela água em seu interior e impede o aquecimento do ar dentro da bexiga. INCORRETA.

Pelo contrário, a água possui um calor específico MAIOR que o ar. Mais especificamente, o calor específico da água é de aproximadamente 1,0 cal/g°C, enquanto que a do ar é de 0,24 cal/g°C. Alternativa incorreta.

b)  o ar é um excelente condutor de calor, por isso o ar no interior do balão absorve o calor da chama através da borracha, se dilata e ocasiona o rompimento. INCORRETA.

O ar é um excelente isolante térmico. Alternativa incorreta.

c)  a água, tendo capacidade térmica maior que a do ar, melhor absorve o calor da chama o que evita que a temperatura da borracha aumente muito. CORRETA.

Como mencionamos, o calor da chama é absorvido pela água no interior do balão 2, evitando o estouro do balão. Alternativa correta.

d)  o ar aquecido se dilatou, tornando a pressão interna sobre as paredes do balão menor que a pressão atmosférica externa, o que leva ao rompimento do balão. INCORRETA.

Ao aquecer o balão, a pressão interna sobre as paredes do balão se torna MAIOR que a pressão atmosférica externa.  Por isso ouvimos um barulho do estouro, pois o ar que estava comprimido é expandido rapidamente. Alternativa incorreta.

e)  a água não conduz calor, assim a borracha do balão se aquece, mas a água em seu interior não, mantendo seu volume inicial. INCORRETA.

A água é um ótimo condutor de calor. Alternativa incorreta.

Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).

A alternativa correta é letra E) 13,3o C.

Gabarito: LETRA E.

Para encontrar a relação correta entre as escalas termométricas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum. A figura abaixo traz uma relação entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin para alguns pontos como o ponto de fusão e de ebulição da água ao nível do mar:
 

Assim, de acordo com a proporção entre os tamanhos dos segmentos representados pelas escalas, a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit é dada por:

dfrac { T_C - 0 } { 100 - 0 } = dfrac { T_F - 32 } { 212 - 32 }

dfrac { T_C } { 100 } = dfrac { T_F - 32 } { 180 }

dfrac { T_C } { 5 } = dfrac { T_F - 32 } { 9 } tag 1

Se a temperatura registrada por um turista em Salvador, que está no nível do mar, era de 91º F e a temperatura para os pilotos cai 3,5°F a cada 1.000 pés a mais na altitude, a temperatura em Fahrenheit a 10.000 pés de altura é dada por:

T_F = 91° F - dfrac { 10.000 } { 1.000 } cdot 3,5°F

T_F = 91° F - 35°F

T_F = 56°F

Substituindo T_F = 56°F em (1), temos:

dfrac { T_C } { 5 } = dfrac { 56 - 32 } { 9 }

T_C = 5 cdot dfrac { 24 } 9

T_C = 13,3 °C

Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).