Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1681) Em um calorímetro ideal foram colocados 200 g de água à temperatura Φ e 100 g de gelo a 0 ºC. Após algum tempo, verificou-se que metade do gelo colocado boiava na água. Nessa situação, qual é a temperatura da mistura?
Obs.: Calor específico da água é 1,0 cal/gºC e o calor latente do gelo é 80 cal/g.
- A) 4 ºC
- B) 20 ºC
- C) 10 ºC
- D) 15 ºC
- E) 0 ºC
A alternativa correta é letra E) 0 ºC
Gabarito: E
Em um calorímetro ideal foram colocados 200 g de água à temperatura Φ e 100 g de gelo a 0 ºC. Após algum tempo, verificou-se que metade do gelo colocado boiava na água. Nessa situação, qual é a temperatura da mistura?
Obs.: Calor específico da água é 1,0 cal/gºC e o calor latente do gelo é 80 cal/g.
Resolução:
De acordo com o enunciado, metade do gelo colocado boiava na água após algum tempo. Isso significa que parte do gelo perdeu calor ao se fundir, absorvendo calor da massa de água à temperatura Φ. Como nem todo gelo acabou derretendo, podemos afirmar que a temperatura da mistura é de 0°C, já que não havia mais diferença de temperatura entre a água líquida e o gelo a 0°C, ou seja, não havia mais transferência de calor.
Note que, caso a temperatura da mistura fosse maior que 0°C, todo o gelo teria derretido. Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
1682) Um pedaço de alumínio de massa igual a 50 g é colocado em um calorímetro ideal, contendo 100 g de água a 25 ºC. Após um certo tempo, a temperatura do sistema passa a ser de 20 ºC. Determine a temperatura inicial do alumínio.
Obs.: Calor específico do alumínio é 0,22 cal/gºC e o da água é 1,0 cal/gºC.
- A) - 20,0 ºC
- B) 20,0 ºC
- C) - 25,45 ºC
- D) 25,45 ºC
- E) - 28,0 ºC
A alternativa correta é letra C) - 25,45 ºC
Gabarito: C
Um pedaço de alumínio de massa igual a 50 g é colocado em um calorímetro ideal, contendo 100 g de água a 25 ºC. Após um certo tempo, a temperatura do sistema passa a ser de 20 ºC. Determine a temperatura inicial do alumínio.
Obs.: Calor específico do alumínio é 0,22 cal/gºC e o da água é 1,0 cal/gºC.
Resolução:
Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor cedida pela água, ao variar sua temperatura em 5°C (de 25° até 20°C), utilizando a equação do calor sensível:
Q_{água} = m_{água} c_{água} Delta theta_{água}
Q_{água} = 100 cancel g cdot 1,0 dfrac { cal } { cancel g cancel {°C} } cdot 5 cancel {°C}
Q_{água} = 500 , cal
Como o calorímetro é ideal, podemos assumir que todo o calor cedido pela água, pois ela sofreu resfriamento, foi absorvido pelo alumínio. Assim, utilizando a equação do calor sensível novamente, podemos escrever:
Q_{al} = m_{al} c_{al} Delta theta_{al}
Logo,
500 cancel {cal} = 50 cancel g cdot 0,22 dfrac { cancel {cal} } { cancel g {°C} } cdot Delta theta
Delta theta = 45,45 °C
Assim, como o alumínio incrementou 45,45°C, sua temperatura inicial é dada por:
theta_{final} - theta_{inicial} = 45,45 °C
20°C - theta_{inicial} = 45,45 °C
theta_{inicial} = 20°C - 45,45 °C
theta_{inicial} = - 25,45 °C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
1683) Uma barra com coeficiente de dilatação alpha = 5 pi10^{-4} C^{-1}, comprimento 2,0 m e temperatura inicial de 25 ºC está presa a uma parede no ponto de fixação . A outra extremidade da barra está posicionada no topo de um disco de raio R = 50,0 cm. Quando se aumenta lentamente a temperatura da barra até um valor final T, verifica-se que o disco sofre um deslocamento angular Δθ = 18º no processo, conforme a figura a seguir.
Supondo-se que o disco rola sem deslizar e desprezando-se os efeitos da temperatura sobre o ponto de fixação S e também sobre o disco, o valor de T é:
- A) 50 °C
- B) 75 °C
- C) 100 °C
- D) 125 °C
- E) 150 °C
Resposta:
A alternativa correta é a letra B) 75°C.
Explicação:
Para encontrar a temperatura final T, precisamos relacionar a dilatação da barra com o deslocamento angular do disco.
Primeiramente, vamos encontrar a variação de comprimento da barra (∆L) utilizando a fórmula:
$$Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T$$Onde α é o coeficiente de dilatação, L₀ é o comprimento inicial da barra (2,0 m) e ∆T é a variação de temperatura.
Substituindo os valores, temos:
$$Delta L = 5 cdot 10^{-4} cdot 2,0 cdot Delta T$$Agora, precisamos relacionar o deslocamento angular do disco (∆θ) com a variação de comprimento da barra (∆L). Como o disco não desliza, o deslocamento angular é igual ao arco do círculo (R∆θ) dividido pelo raio do disco (R):
$$R cdot Delta theta = Delta L$$
Substituindo os valores, temos:
$$0,50 cdot Delta theta = 5 cdot 10^{-4} cdot 2,0 cdot Delta T$$Agora, podemos isolar ∆T:
$$Delta T = frac{0,50 cdot Delta theta}{5 cdot 10^{-4} cdot 2,0}$$Substituindo o valor de ∆θ = 18° (ou π/10 radianos), temos:
$$Delta T = frac{0,50 cdot frac{pi}{10}}{5 cdot 10^{-4} cdot 2,0} = 50°C$$Portanto, a temperatura final T é igual a:
$$T = 25°C + 50°C = 75°C$$Logo, a alternativa correta é a letra B) 75°C.
1684) Sobre termodinâmica, é CORRETO afirmar:
- A) De maneira geral, ao serem aquecidos, os corpos se contraem e, ao terem suas temperaturas reduzidas, dilatam-se.
- B) Quanto menor for a energia cinética dos átomos que constituem um dado corpo, menor será a temperatura desse corpo.
- C) Quando dois corpos são colocados em contato térmico, o mais frio perderá calor, o de maior temperatura se resfriará e, após um determinado tempo, ambos atingirão o equilíbrio térmico.
- D) Qualquer massa de água, ao alcançar a temperatura de 4 oC, terá alcançado o valor mínimo de sua densidade.
- E) Quando um gás passa de um estado para outro, sofrendo uma transformação na qual variam sua temperatura e seu volume, mas com pressão constante, pode-se afirmar que esse processo é isotérmico.
Resposta: B) Quanto menor for a energia cinética dos átomos que constituem um dado corpo, menor será a temperatura desse corpo.
A energia cinética dos átomos é diretamente relacionada à temperatura de um corpo. Quando a energia cinética dos átomos é alta, a temperatura do corpo também é alta. Isso ocorre porque os átomos estão se movendo rapidamente, o que aumenta a temperatura do corpo. Por outro lado, quando a energia cinética dos átomos é baixa, a temperatura do corpo também é baixa.
Essa relação entre a energia cinética dos átomos e a temperatura de um corpo é fundamental na termodinâmica. É por isso que a alternativa B é a correta. As outras alternativas não estão corretas porque:
- A) É falso. Quando os corpos são aquecidos, eles se expandem e quando são resfriados, eles se contraem.
- C) É falso. Quando dois corpos estão em contato térmico, o corpo mais quente transfere calor para o corpo mais frio até que ambos atinjam o equilíbrio térmico.
- D) É falso. A temperatura de 4°C é a temperatura de máxima densidade da água, mas isso não é verdadeiro para todas as substâncias.
- E) É falso. Um processo isotérmico é um processo em que a temperatura é constante, mas a pressão e o volume podem variar.
Portanto, a alternativa B é a correta porque estabelece a relação correta entre a energia cinética dos átomos e a temperatura de um corpo.
1685) Sobre processos de condução de calor, é CORRETO afirmar:
- A) Cobertores são usados para transmitir calor aos corpos.
- B) Em geral, as cidades localizadas em locais mais altos são mais frias porque correntes de convecção levam o ar mais frio para cima.
- C) Os metais são utilizados como isolantes térmicos.
- D) Os processos de propagação de calor por condução e convecção ocorrem em todos os tipos de meios.
- E) A superfície da Terra é aquecida por radiações eletromagnéticas emitidas pelo Sol.
A alternativa correta é a letra E) A superfície da Terra é aquecida por radiações eletromagnéticas emitidas pelo Sol.
Essa afirmação é verdadeira porque a Terra recebe radiação solar em forma de luz e calor, o que contribui para o aquecimento da superfície. A radiação solar é uma forma de energia eletromagnética emitida pelo Sol, que viaja pelo espaço em forma de ondas eletromagnéticas. Quando essas ondas alcançam a Terra, elas são absorvidas pela superfície, o que gera calor e contribui para o aquecimento do planeta.
As outras alternativas estão erradas porque:
- A) Os cobertores são isolantes térmicos, não transmitem calor aos corpos.
- B) A altitude não influencia diretamente na temperatura de uma cidade. A temperatura é afetada por fatores como a latitude, a distância do mar, a altitude e a presença de correntes de ar.
- C) Os metais são geralmente bons condutores de calor, não isolantes.
- D) Os processos de propagação de calor por condução e convecção ocorrem em meios específicos, como sólidos e líquidos, respectivamente.
Portanto, a resposta correta é a letra E) A superfície da Terra é aquecida por radiações eletromagnéticas emitidas pelo Sol.
1686) No cariri, temos um clima de semiárido, cuja característica principal é uma quantidade de luz solar superior a 2 mil e 800 horas anuais e um baixo índice pluviométrico. Para aproveitar essa abundância de sol, podemos pensar em uma forma limpa, renovável e mais promissora para obtenção de energia, que é a Energia Solar. Esse processo corresponde, basicamente, em converter a energia proveniente da luz do Sol em energia elétrica por painéis fotovoltaicos. Esses painéis, quando instalados e expostos ao calor do sol, possuem uma variação em sua dimensão devido à
- A) dilatação global.
- B) dilatação volumétrica.
- C) dilatação linear.
- D) dilatação superficial.
- E) ausência de variação.
Resposta: A alternativa correta é a letra D) dilatação superficial.
Para entender por que essa é a resposta certa, precisamos analisar o que acontece com os painéis fotovoltaicos quando estão expostos ao calor do sol. A dilatação superficial se refere à expansão da superfície dos painéis em resposta ao aumento de temperatura. Isso ocorre porque os materiais que compõem os painéis, como o silício, apresentam uma propriedade chamada coeficiente de dilatação, que mede a variação de tamanho de um material em resposta a mudanças de temperatura.
Quando o calor do sol atinge os painéis, a temperatura aumenta, fazendo com que os átomos e moléculas se movam mais rápido e se distanciem umas das outras. Isso causa uma expansão do material, o que, no caso dos painéis fotovoltaicos, se traduz em uma dilatação superficial. Essa dilatação é importante para a eficiência dos painéis, pois pode afetar a sua capacidade de converter a energia solar em energia elétrica.
Já as outras alternativas não são corretas porque a dilatação global se refere à expansão de um objeto em todas as direções, o que não é o caso dos painéis fotovoltaicos. A dilatação volumétrica se refere à expansão do volume de um material, o que também não é relevante para os painéis. A ausência de variação não é uma característica dos painéis fotovoltaicos em resposta ao calor do sol.
Portanto, a resposta certa é a letra D) dilatação superficial, pois é a que melhor descreve o que acontece com os painéis fotovoltaicos quando estão expostos ao calor do sol.
1687) Em nosso cotidiano, um dos conceitos físicos mais presentes é o de temperatura. Desse modo, é muito importante conhecer os principais conceitos relacionados ao tema. Assim, analise as afirmações abaixo.
I- Somente nossos sentidos são suficientes para quantificar a temperatura de um corpo;
II- A temperatura mede o nível de concentração de calor das moléculas de um corpo;
III- O equilíbrio térmico acontece quando dois corpos, em contato e isolados de influências externas, tendem para um estado final, que é caracterizado por uma uniformidade na temperatura dos corpos.
Está CORRETO o que se afirma apenas em:
- A) I e III.
- B) II apenas.
- C) I e II.
- D) III apenas.
- E) II e III.
Resposta: A alternativa correta é a letra D) III apenas.
Para entender por que a alternativa III é a correta, vamos analisar cada uma das afirmações.
I - Somente nossos sentidos são suficientes para quantificar a temperatura de um corpo;
Essa afirmação está incorreta. Embora possamos sentir a temperatura de um corpo, nossos sentidos não são suficientes para quantificá-la com precisão. É necessário utilizar instrumentos como termômetros para medir a temperatura.
II - A temperatura mede o nível de concentração de calor das moléculas de um corpo;
Essa afirmação está incorreta. A temperatura é uma medida da energia cinética média das moléculas de um corpo, e não do nível de concentração de calor. Embora haja uma relação entre a temperatura e a energia cinética das moléculas, elas não são a mesma coisa.
III - O equilíbrio térmico acontece quando dois corpos, em contato e isolados de influências externas, tendem para um estado final, que é caracterizado por uma uniformidade na temperatura dos corpos.
Essa afirmação está correta. O equilíbrio térmico é um estado em que a temperatura de dois ou mais corpos em contato é a mesma, e não há transferência de calor entre eles.
Portanto, a única afirmação correta é a III, que define o equilíbrio térmico.
1688) Muitos acontecimentos do nosso dia-a-dia estão relacionados com o fenômeno da dilatação. Observe a tirinha que segue e analise-a:
Após a leitura da tirinha é CORRETO afirmar que:
- A) O homem não consegue destampara a garrafa, pois ao fazer uso do lenço de tecido, há uma transferência de elétrons do lenço para a tampa, aumentando o atrito entre a mesma e o gargalo.
- B) Considerando que ao aquecer a tampa da garrafa, ela e o gargalo se dilatam por igual, a mulher consegue destampá-la com facilidade.
- C) A mulher consegue destampar a garrafa, devido à dilatação que o líquido sofre.
- D) Considerando que ao aquecer a tampa da garrafa, apenas ela se dilata, uma vez que o gargalo é pouco aquecido, a mulher consegue destampá-la com facilidade.
- E) O homem não consegue destampar a garrafa, pois ao fazer uso do lenço de tecido há um aumento de troca de calor entre a tampa e o gargalo da garrafa, aumentando o atrito entre os dois.
Resposta: D) Considerando que ao aquecer a tampa da garrafa,<|begin_of_text|>200D apenas ela se dilata, uma vez que o gargalo é pouco aquecido, a mulher consegue destampá-la com facilidade.
A alternativa correta é a letra D) porque, quando a tampa da garrafa é aquecida, ela se dilata mais do que o gargalo, que é pouco aquecido. Isso ocorre porque a tampa é feita de um material que se expande mais com o aumento da temperatura do que o gargalo. Com a dilatação da tampa, a área de contato entre ela e o gargalo aumenta, tornando mais fácil a remoção da tampa.
É importante notar que a dilatação térmica é um fenômeno físico que ocorre quando um corpo é aquecido ou resfriado, fazendo com que suas moléculas sejam afetadas e mudem de posição, aumentando ou diminuindo o volume do corpo.
No caso da garrafa, a dilatação térmica da tampa faz com que ela se torne maior do que o gargalo, tornando mais fácil a remoção. Se o gargalo também se dilatasse ao mesmo tempo, não haveria uma mudança significativa na área de contato entre a tampa e o gargalo, tornando mais difícil a remoção.
Portanto, a alternativa correta é a letra D) porque ela descreve corretamente o fenômeno físico que ocorre quando a tampa da garrafa é aquecida e como isso facilita a remoção da tampa.
1689) O balanço radioativo da Terra
O balanço radioativo é calculado a partir da diferença entre a quantidade de energia absorvida na forma de radiação solar e da quantidade de energia emitida para o espaço como radiação infravermelha. Regiões com valores negativos — altas latitudes — emitem para o espaço energia que foi absorvida pelas regiões com valores positivos. A energia é transmitida de um ponto a outro do planeta por meio da atmosfera e dos oceanos.
Tendo o texto precedente como referência inicial, julgue o item a seguir.
A troca de calor entre a atmosfera e o espaço se dá pela modalidade de transmissão de energia por condução.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra B) Errado
Gabarito: ERRADO
"A energia é transmitida de um ponto a outro do planeta por meio da atmosfera e dos oceanos."
A atmosfera é formada por gases e os oceanos por líquidos, logo o processo de transferência de calor associado aos fluídos (líquidos e gases) é a convecção.
1690) A fim de realizar um experimento para descobrir o calor específico de certo material de massa 200g, · tomou-se um calorímetro, que conta com uma resistência elétrica de 1 O W de potência com a finalidade de variar a temperatura do material interno ao calorímetro. O experimento demorou 3 min com a temperatura do material variando de 20ºC. Considerando que não houve troca de calor com o calorímetro, qual o valor encontrado para o calor específico?
- A) 20 J/kgºc
- B) 450 J/kg ºC
- C) 100 J/kg ºC
- D) 180 J/kg ºC
- E) 45 J/kg ºC
Resposta: B) 450 J/kg°C
Para encontrar o calor específico do material, devemos analisar a situação experimental. Temos um calorímetro com uma resistência elétrica de 1 Ω e uma potência de 1 W. Isso significa que a temperatura do material interno ao calorímetro variou de 20°C em 3 minutos. Como não houve troca de calor com o calorímetro, podemos considerar que todo o calor fornecido foi absorvido pelo material.
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 kg de uma substância em 1°C. Para encontrar o calor específico, podemos utilizar a fórmula:
$$Q = mcDelta T$$
onde Q é a quantidade de calor fornecida, m é a massa do material (200 g = 0,2 kg), c é o calor específico do material e ΔT é a variação de temperatura (20°C).
Como a potência do calorímetro é de 1 W, a quantidade de calor fornecida em 3 minutos é:
$$Q = P times t = 1 W times 180 s = 180 J$$
Substituindo os valores na fórmula, temos:
$$180 J = 0,2 kg times c times 20°C$$
Resolvendo para c, encontramos:
$$c = frac{180 J}{0,2 kg times 20°C} = 450 J/kg°C$$
Portanto, o valor encontrado para o calor específico do material é de 450 J/kg°C, que é a alternativa B.