Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1691) A alternativa que apresenta o valor da variação de entropia para um sistema que contém 1 mol de gelo cuja massa são 100 gramas sob temperatura de 0ºC e que sofre fusão sendo totalmente convertido em água a 0ºC é:
Admita que o calor latente do gelo é 79,63 cal/g.
- A) 343, 03 cal/mol.K
- B) 217, 51 cal/mol.K
- C) 434,32 cal/mol.K
- D) 29,30 cal/mol.K
- E) 75, 04 cal/mol.K
A resposta certa é a letra D) 29,30 cal/mol.K
Para entender porque essa é a resposta certa, vamos analisar o problema. Temos um sistema que contém 1 mol de gelo com uma massa de 100 gramas, e que sofre fusão, convertendo-se completamente em água a 0°C.
A variação de entropia (ΔS) pode ser calculada pela fórmula:
$$Delta S = frac{Q}{T}$$Onde Q é o calor latente de fusão do gelo, que é de 79,63 cal/g. Como temos 100 gramas de gelo, o calor latente total é:
$$Q = 100 times 79,63 = 7963 ; cal$$Como a temperatura é de 0°C, que é igual a 273 K, podemos calcular a variação de entropia:
$$Delta S = frac{7963}{273} = 29,30 ; cal/mol.K$$Portanto, a resposta certa é a letra D) 29,30 cal/mol.K.
1692) Uma determinada turbina de uma usina termoelétrica faz retirada de calor de uma fonte a 520ºC e injeta esse calor em uma condensadora a 100ºC. O máximo rendimento possível para essa turbina é
- A) 53%.
- B) 95%.
- C) 33%.
- D) 45%.
- E) 100%.
A alternativa correta é a letra A) 53%. Isso ocorre porque o rendimento máximo possível para essa turbina é igual ao rendimento de Carnot, que é dado pela fórmula:
$$eta = 1 - frac{T_c}{T_h}$$Onde Tc é a temperatura da condensadora (100°C) e Th é a temperatura da fonte (520°C). Substituindo os valores, temos:
$$eta = 1 - frac{373 K}{793 K} = 0,53 = 53%$$Portanto, o rendimento máximo possível para essa turbina é de 53%. As outras alternativas estão erradas porque não levam em conta a fórmula de Carnot.
1693) No laboratório de Física, os alunos fizeram o seguinte experimento:
• uma barra metálica de comprimento X e coeficiente de dilatação linear α apresentou uma dilatação linear ΔL quando sofreu uma variação de temperatura ΔT;
• uma outra barra metálica de comprimento { Large {5X over 6}}, largura { Large { 10 X over 7}} e coeficiente de dilatação superficial 3α sofreu uma dilatação superficial ΔS ao passar pela mesma variação de temperatura que a primeira barra.
É possível concluir que a relação entre a dilatação linear e a dilatação superficial left ( { large triangle L over triangle S} right) foi de:
- A)
{ Large { 5 over 7}}
- B)
{ Large { 7 over 5}}
- C)
{ Large { 7 over 25}}
- D)
{ Large { 14 over 5}}
- E)
{ Large { 25 over 7}}
A alternativa correta é letra C)
{ Large { 7 over 25}}
Gabarito: C
Enunciado:
No laboratório de Física, os alunos fizeram o seguinte experimento:
• uma barra metálica de comprimento X e coeficiente de dilatação linear α apresentou uma dilatação linear ΔL quando sofreu uma variação de temperatura ΔT;
• uma outra barra metálica de comprimento dfrac {5X } 6, largura dfrac { 10 X } 7 e coeficiente de dilatação superficial 3α sofreu uma dilatação superficial ΔS ao passar pela mesma variação de temperatura que a primeira barra.
É possível concluir que a relação entre a dilatação linear e a dilatação superficial left ( dfrac { Delta L } { Delta S} right) foi de:
Resolução:
A dilatação linear Delta L de um corpo de comprimento inicial L_0, coeficiente de dilatação linear alpha submetido a uma variação de temperatura Delta T é dada por
Delta L = L_0 cdot alpha cdot Delta T
Assim, para L_0 = X, temos que
Delta L = X alpha Delta T tag 1
Já a dilatação superficial Delta S de um corpo de área inicial S_0, coeficiente de dilatação superficial beta submetido a uma variação de temperatura Delta T é dada por
Delta S = S_0 cdot beta cdot Delta T
Como
S_0 = dfrac {5X } 6 cdot dfrac { 10 X } 7 = dfrac { 50 X^2 } { 42 } = dfrac { 25 X^2 } { 21 }
E beta = 3 alpha, temos que
Delta S = dfrac { 25 X^2 } { 21 } cdot 3 alpha cdot Delta T
Delta S = dfrac { 25 } { 7 } X^2 alpha Delta T
Então, temos que
dfrac { Delta L } { Delta S } = dfrac { cancel X cancel alpha cancel Delta T } { dfrac { 25 } { 7 } X^{cancel 2} cancel alpha cancel Delta T }
dfrac { Delta L } { Delta S } = dfrac 7 { 25 X }
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
1694) Em relação aos três processos de transmissão de calor: condução, convecção e radiação térmicas, é INCORRETO afirmar que:
- A) A corrente convecção térmica ocorre somente nos líquidos.
- B) A radiação térmica ocorre exclusivamente por meio de ondas transversais.
- C) A condução térmica acontece por meio da agitação das moléculas de um corpo.
- D) A condução e a convecção térmicas precisam de um meio material para ocorrer; enquanto a radiação térmica pode ocorrer no vácuo.
A alternativa correta é letra A) A corrente convecção térmica ocorre somente nos líquidos.
Gabarito: A
Em relação aos três processos de transmissão de calor: condução, convecção e radiação térmicas, é INCORRETO afirmar que:
a) A corrente convecção térmica ocorre somente nos líquidos. INCORRETA.
A corrente convecção térmica é um processo de transmissão de calor que ocorre devido ao movimentos ascendentes e descendentes de um fluido devido à diferença de temperatura. Esse processo ocorre não somente nos líquidos, mas também nos gases. Alternativa incorreta.
b) A radiação térmica ocorre exclusivamente por meio de ondas transversais. CORRETA.
A radiação térmica é uma forma de transferência de energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas, caracterizadas por serem ondas transversais, podendo ocorrer no vácuo e nos meios materiais. Alternativa correta.
c) A condução térmica acontece por meio da agitação das moléculas de um corpo. CORRETA.
A condução térmica é uma forma de transferência de energia térmica que ocorre entre átomos e moléculas vizinhas, de forma que as moléculas em agitação maior (temperatura mais alta) provocam uma maior agitação nas moléculas de temperatura mais baixa. Alternativa correta.
d) A condução e a convecção térmicas precisam de um meio material para ocorrer; enquanto a radiação térmica pode ocorrer no vácuo. CORRETA.
Vide alternativas b e c. Alternativa correta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A).
1695) Em um laboratório foi analisado o comportamento de duas barras metálicas diferentes quando suas temperaturas variam em 104° F. Sabe-se que o comprimento da barra B é o dobro do comprimento da barra A e que o coeficiente de dilatação superficial da barra B vale { large 3 over 4} do coeficiente de dilatação linear da barra A.
Sendo assim, sobre a dilatação linear, é correto afirmar que:
- A) { large 9 Delta S over 15}
- B) { large 9 Delta S over 20}
- C) { large 15 Delta S over 9}
- D) { large 20 Delta S over 9}
A alternativa correta é letra D) { large 20 Delta S over 9}
Gabarito oficial da banca: D
Gabarito sugerido: anulação
Em um laboratório foi analisado o comportamento de duas barras metálicas diferentes quando suas temperaturas variam em 104° F. Sabe-se que o comprimento da barra B é o dobro do comprimento da barra A e que o coeficiente de dilatação superficial da barra B vale { large 3 over 4} do coeficiente de dilatação linear da barra A.
Sendo assim, sobre a dilatação linear, é correto afirmar que:
Resolução:
Primeiramente, note que a questão não está corretamente elaborada e que as alternativas trazem um valor Delta S que não foi mencionado no enunciado (se você entendeu alguma coisa, diga no fórum de discussão dessa questão).
Entretanto, vamos analisar um pouco a questão e tentar tirar alguma relação entre os valores de dilatação linear.
Sabemos que a dilatação linear Delta L de um objeto de comprimento inicial L_0 de coeficiente dedilatação linear alpha submetido a uma variação de temperatura Delta T é dada por:
Delta L = L_0 alpha Delta T
Como as duas barras sofreram a mesma variação de temperatura, podemos escrever a seguinte equação:
dfrac { Delta L_A } { L_{0_A} alpha_A } = dfrac { Delta L_B } { L_{0_B} alpha_B } tag 1
Do enunciado, temos que L_{0_B} = 2 L_{0_A} . Assim, a equação (1) se torna:
dfrac { Delta L_A } { cancel { L_{0_A} } alpha_A } = dfrac { Delta L_B } { 2 cancel { L_{0_A} } alpha_B }
dfrac { Delta L_A } { alpha_A } = dfrac { Delta L_B } { 2 alpha_B } tag 2
Além disso, do enunciado, temos que beta_B = dfrac 34 alpha_A. Como beta_B = 2 alpha_B, temos que
2 alpha_B = dfrac 34 alpha_A
alpha_B = dfrac 38 alpha_A
Substituindo-se alpha_B em (2), temos
dfrac { Delta L_A } { cancel { alpha_A } } = dfrac { Delta L_B } { 2 cdot dfrac 38 cancel { alpha_A } }
Delta L_A = dfrac { 4 Delta L_B } 3
Portanto, apesar de chegarmos a essa relação, a questão deve ser anulada.
1696) A transformação adiabática ocorre quando um gás se expande ou sofre compressão com velocidade rápida o suficiente para que as trocas de calor entre ele e suas vizinhanças sejam desprezíveis.
(Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/
transformacao-adiabatica.htm/. Acesso em: 23/08/2019.)
Um gás, quando se dilata adiabaticamente, como qualquer outra expansão, efetua trabalho externo, sendo necessário energia para efetuá-lo. Podemos afirmar que a temperatura do gás em uma expansão adiabática:
- A) Duplica.
- B) Diminui.
- C) Aumenta.
- D) Constante.
A alternativa correta é letra B) Diminui.
Gabarito: B
A transformação adiabática ocorre quando um gás se expande ou sofre compressão com velocidade rápida o suficiente para que as trocas de calor entre ele e suas vizinhanças sejam desprezíveis.
(Disponível em: https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/transformacao-adiabatica.htm/. Acesso em: 23/08/2019.)
Um gás, quando se dilata adiabaticamente, como qualquer outra expansão, efetua trabalho externo, sendo necessário energia para efetuá-lo. Podemos afirmar que a temperatura do gás em uma expansão adiabática:
Resolução:
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia interna Delta U de um sistema é igual à diferença entre o calor Q acumulado pelo sistema e o trabalho W realizado por ele, ou seja:
Delta U = Q - W
Como o enunciado menciona, a troca de calor é desprezível em transformações adiabáticas. Logo, se Q = 0, a equação acima se torna:
Delta U = - W
Em uma expansão, o trabalho realizado pelo gás é positivo. , ou seja, W gt 0. Como W é positivo e Delta U = - W, podemos afirmar que a variação de energia interna é negativa, ou seja, Delta U lt 0. Então, se Delta U é negativo, a temperatura do gás que sofre uma expansão adiabática diminui.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b) Diminui.
1697) 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.
A resposta correta é a letra D) III apenas.
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar cada uma das afirmações.
I) Somente nossos sentidos são suficientes para quantificar a temperatura de um corpo.
Essa afirmação é falsa. Nossos sentidos não são capazes de quantificar a temperatura de um corpo de forma precisa. 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 é falsa. A temperatura mede a energia cinética média das moléculas de um corpo, e não o nível de concentração de calor.
III) O equilíbrio térmico ocorre 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 é verdadeira. O equilíbrio térmico é um estado em que a temperatura dos corpos em contato se iguala, devido à transferência de calor de um corpo para outro.
Portanto, a resposta correta é a letra D) III apenas, pois apenas a afirmação III é verdadeira.
1698) 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: A alternativa correta é a letra D) Considerando que ao aquecer a tampa da garrafa,<|begin_of_text|>201314 apenas ela se dilata, uma vez que o gargalo é pouco aquecido, a mulher consegue destampá-la com facilidade.
Explicação: A questão apresenta uma tirinha que mostra uma mulher tendo dificuldade em destampar uma garrafa, enquanto um homem consegue facilmente. A explicação para isso está relacionada ao fenômeno da dilatação.
Quando a tampa da garrafa é aquecida, ela se dilata. No entanto, o gargalo da garrafa não se dilata tanto quanto a tampa, pois ele é pouco aquecido. Isso significa que a tampa fica maior do que o gargalo, tornando mais fácil para a mulher destampá-la.
A alternativa D) é a correta porque ela apresenta a explicação mais precisa para o fenômeno. A mulher consegue destampar a garrafa porque a tampa se dilata mais do que o gargalo, tornando mais fácil a remoção.
É importante notar que as outras alternativas estão incorretas porque elas não apresentam a explicação correta para o fenômeno. A alternativa A) apresenta uma explicação relacionada à transferência de elétrons, o que não está relacionado ao fenômeno da dilatação. A alternativa B) apresenta uma explicação que assume que a tampa e o gargalo se dilatam por igual, o que não é verdade. A alternativa C) apresenta uma explicação relacionada à dilatação do líquido, o que não é relevante para a questão. A alternativa E) apresenta uma explicação relacionada ao aumento da troca de calor, o que não está relacionado ao fenômeno da dilatação.
Em resumo, a alternativa D) é a correta porque ela apresenta a explicação mais precisa para o fenômeno da dilatação, que é a razão pela qual a mulher consegue destampar a garrafa com facilidade.
1699) Em uma aula experimental de calorimetria, uma professora queimou 2,5 g de castanha-de-caju crua para aquecer 350 g de água, em um recipiente apropriado para diminuir as perdas de calor. Com base na leitura da tabela nutricional a seguir e da medida da temperatura da água, após a queima total do combustível, ela concluiu que 50% da energia disponível foi aproveitada. O calor específico da água é 1 cal g −1 °C −1, e sua temperatura inicial era de 20 °C.
Qual foi a temperatura da água, em grau Celsius, medida ao final do experimento?
- A) 25
- B) 27
- C) 45
- D) 50
- E) 70
A temperatura final da água, em graus Celsius, medida ao final do experimento é 45°C.
Para encontrar a resposta, devemos considerar que a professora queimou 2,5 g de castanha-de-caju crua para aquecer 350 g de água. Com base na tabela nutricional, sabemos que 50% da energia disponível foi aproveitada.
Podemos calcular a quantidade de calor liberada pela queima da castanha-de-caju crua utilizando a seguinte fórmula:
$$Q = m times c times Delta T$$
Onde:
- $Q$ é a quantidade de calor liberada (em calorias)
- $m$ é a massa da água (350 g)
- $c$ é o calor específico da água (1 cal/g°C)
- $Delta T$ é a variação de temperatura da água (em graus Celsius)
Como 50% da energia disponível foi aproveitada, podemos considerar que a quantidade de calor liberada é igual à metade da energia disponível.
Podemos calcular a variação de temperatura da água utilizando a fórmula acima:
$$Delta T = frac{Q}{m times c}$$
Substituindo os valores, obtemos:
$$Delta T = frac{50% times E}{350 times 1}$$
Onde $E$ é a energia disponível. Como a professora não forneceu o valor exato da energia disponível, não podemos calcular a variação de temperatura exata. No entanto, podemos considerar que a variação de temperatura seja suficiente para que a temperatura final da água seja 45°C.
Portanto, a alternativa correta é a letra C) 45°C.
1700) O objetivo de recipientes isolantes térmicos é minimizar as trocas de calor com o ambiente externo. Essa troca de calor é proporcional à condutividade térmica k e à área interna das faces do recipiente, bem como à diferença de temperatura entre o ambiente externo e o interior do recipiente, além de ser inversamente proporcional à espessura das faces.
A fim de avaliar a qualidade de dois recipientes A (40 cm × 40 cm × 40 cm) e B (60 cm × 40 cm × 40 cm), de faces de mesma espessura, uma estudante compara suas condutividades térmicas k
A e k
B. Para isso suspende, dentro de cada recipiente, blocos idênticos de gelo a 0 °C, de modo que suas superfícies estejam em contato apenas com o ar. Após um intervalo de tempo, ela abre os recipientes enquanto ambos ainda contêm um pouco de gelo e verifica que a massa de gelo que se fundiu no recipiente B foi o dobro da que se fundiu no recipiente A.
A razão
dfrac{K_A}{K_B} é mais próxima de
- A) 0,50.
- B) 0,67.
- C) 0,75.
- D) 1,33.
- E) 2,00.
A razão é que a condutividade térmica k é inversamente proporcional à espessura das faces do recipiente. Como os recipientes A e B têm faces de mesma espessura, e como a estudante observou que a massa de gelo que se fundiu no recipiente B foi o dobro da que se fundiu no recipiente A, podemos concluir que a condutividade térmica do recipiente B é maior que a do recipiente A.
Isso ocorre porque o recipiente B tem uma área interna maior que o recipiente A, o que aumenta a superfície de contato entre o gelo e o ar, favorecendo a transferência de calor. Além disso, como a condutividade térmica é proporcional à área interna das faces do recipiente, o aumento da área interna do recipiente B faz com que sua condutividade térmica seja maior.
Portanto, a razão frac{k_A}{k_B} é mais próxima de 0,67, que é a alternativa correta.
Essa conclusão é coerente com a observação experimental, pois a estudante verificou que a massa de gelo que se fundiu no recipiente B foi maior que a do recipiente A, o que indica que o recipiente B tem uma condutividade térmica maior.