Questões Sobre Termologia - Física - concurso

A alternativa correta é letra D) 3,3

Gabarito: D

Uma esfera homogênea de raio R, cuja densidade é de 2,7g/ cm^3 e o calor específico vale 0,2 cal/gºC, está a uma temperatura de -100ºC. Coloca-se essa esfera em um reservatório, isolado termicamente e de capacidade térmica desprezível, que contém 0,1 litro de água a 0ºC. Qual o valor mínimo de R, em centímetros, para que toda a água congele?

Dados: massa específica da água = 1,0 g/cm³

calor latente de fusão da água = 80 cal/g.

Resolução:

Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para congelar 0,1 litro de água a 0°C utilizando a equação do calor latente:

Q = mL

Lembrando que, para água, 0,1 l = 0,1 kg = 100 g, Logo,

Q = 100 cancel g cdot 80 dfrac { cal } { cancel g }

Q = 8.000 , cal

Agora, utilizando a equação do calor sensível, vamos calcular a massa da esfera que será capaz de fornecer essa quantidade de calor ao variar sua temperatura em 100°C ( de -100°C até 0°C):

Q = m c Delta theta

8.000 cancel {cal} = m cdot 0,2 dfrac { cancel {cal} } { g cancel {°C } } cdot 100 cancel {°C }

m = 400 , g

Sabendo a massa m e a densidade rho  da esfera, podemos calcular o seu volume:

v = dfrac { m } { rho }

Logo,

v = dfrac { 400 cancel g } { 2,7 cancel g / cm^3 }

v = dfrac { 400 } { 2,7 }cm^3

Entretanto, sendo R o valor do raio da esfera, temos que:

v = dfrac { 4 pi R^3 } 3 = dfrac { 400 } { 2,7 }cm^3

Logo,

R^3 = dfrac { 3 cdot 400 } { 2,7 cdot 4 pi }cm^3

Para facilitar os cálculos a fim de encontrar a alternativa correta, vamos usar pi approx 3. Logo,

R^3 = dfrac { cancel 3 cdot {cancel {400}}^{100} } { 2,7 cdot cancel 4 cancel pi }cm^3

R^3 = dfrac { 100 } { 2,7 }cm^3

R^3 = dfrac { 1000 } { 27 }cm^3

R = sqrt[3]{ dfrac { 1000 } { 27 }cm^3 }

R = dfrac { 10 } { 3 } cm

R = 3,33 , cm

Portanto, a resposta correta é a alternativa (d)  3,3.

ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA

Gabarito: anulada

Em relação aos conceitos de mecânica, hidrostática e termologia, assinale a opção correta.

a) A transferência de calor por condução e convecção é possível através do vácuo. INCORRETA.

Na condução, o calor é transferido pelo contato direto entre dois corpos de diferentes temperaturas. Na convecção, a transferência de calor acontece graças ao movimento de correntes de fluido devido à diferença de temperatura, como pode ser observado na formação das brisas marítimas e terrestres. Nesse dois casos, deve haver matéria para que haja transferência de calor, ou seja, não ocorrem no vácuo. Alternativa incorreta.

b)  Quando uma pessoa toca com o dedo em um bloco de gelo, o frio flui do gelo para a pessoa. INCORRETA.

Espontaneamente, o calor flui no sentido do corpo mais quente para o mais frio, e não o contrário. Logo, quando uma pessoa toca com o dedo em um bloco de gelo, o frio flui da pessoa para o gelo. Alternativa incorreta.

c)  Ao tocar em uma porta de madeira e em sua maçaneta de metal uma pessoa nota diferentes sensações térmicas, por exemplo que a maçaneta está mais fria do que a porta. CORRETA.

A sensação de que a maçaneta de metal está mais fria que a porta de madeira ocorre pois a taxa de calor transferido do corpo para o metal é maior do que a do corpo para a madeira. Como o metal é um ótimo condutor de calor, ele "rouba" a energia térmica da mão mais rapidamente que a madeira, sendo que esta atua mais como um isolante térmico. Alternativa correta.

d)  A energia potencial gravitacional depende da escolha do referencial adotado. INCORRETA.

A energia potencial gravitacional é uma grandeza escalar, que é definida a partir de um referencial adotado. Alternativa correta.

e)  O módulo do empuxo exercido por um liquido sobre um corpo totalmente submerso nesse liquido é sempre igual ao módulo do peso do corpo. INCORRETA.

O módulo do empuxo exercido por um líquido é igual ao módulo do peso do volume de líquido deslocado, que pode ser igual ou não ao módulo do peso do corpo. Alternativa incorreta.

Como há duas alternativas corretas, a questão foi devidamente anulada.

A alternativa correta é letra E) 500

Gabarito: LETRA E.

Para encontrar a relação correta entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum. Assim, podemos desenvolver o seguinte esquema:

Dessa forma, podemos estabelecer uma relação de proporção entre os segmentos das escalas em °C e ºF. Logo,

 
dfrac {C - 0} {100 - 0} = dfrac {F-32} {212-32}
 
dfrac {C} {100} = dfrac {F-32} {180}
 
C = dfrac {F-32} {1,8}

Substituindo-se o valor do enunciado, temos:

C = dfrac {932-32} {1,8}
 
C = 500 °C

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

A alternativa correta é letra E) fusão e vaporização.

Gabarito: LETRA E.

Na sequência A --> B, é possível verificar que possivelmente trata-se de água passando do estado sólido para o estado líquido, ou seja, trata-se da fusão da água.

Já na sequência B --> C, podemos verificar que a água passa do estado líquido para o gasoso, ou seja, trata-se da vaporização da água.

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

A alternativa correta é letra C) 730

Questão que requer a quantidade de energia para modificar a temperatura da água.

Porém, o candidato(a) deve ficar atento(a) para os calores específicos nos diferentes estados físicos.

Temos a seguinte informação: a massa de 1kg = 1.000g.

Sabemos que uma caloria é a quantidade de energia (calor) necessária para aumentar em 1 ºC a temperatura de um grama de água.

As variações de temperatura exigirão certos valores. E iremos calcular a somatória destes valores.

Temos o gelo em temperatura inicial de -20º C e ele será aquecido até 0ºC, temperatura em que ocorrerá a fusão.

A relação de calor (Q) corresponde a Q = mc ΔT.

Q = calor

m = massa da substância = 1.000g

ΔT = 20

C = 0,5 cal/g·ºC

Substituindo, teremos:

Q = 1.000*0,5*20 = 10.000 calorias.

Pronto, agora o gelo atingiu a temperatura de 0º C e precisa de energia para fundir e se tornar líquido.

Vamos usar o calor latente da água, pois, calor latente da substância é grandeza que determina a quantidade de calor necessária para que 1 g da substância mude o seu estado físico.

Se temos 1.000g de água teremos a necessidade de fornecer 80 cal/g. Logo, Q_L = L*m.

Assim, temos:

Q_L = 80*1.000 = 80.000 calorias

Agora a massa líquida precisa atingir a temperatura de 100ºC.

Para isso irá requerer calor, que calcularemos usando a mesma expressão matemática inicial: Q = mc ΔT.

Q = calor

m = massa da substância = 1.000g

ΔT = 100

C = 1,0 cal/g·ºC

Substituindo, teremos:

Q = 1.000*1*100 = 100.000 calorias.

Resta aquecer esta massa para que ela se transforme em vapor.

Se temos 1.000g de água teremos a necessidade de fornecer 540 cal/g. Logo, Q_L = L*m.

Assim, temos:

Q_L = 540*1.000 = 540.000 calorias

A somatória das calorias para cada etapa corresponde a 730.000 calorias, ou, 730 kcal.

A alternativa correta é letra B) 450 g.

Como o sistema recipiente + líquido está isolado, a quantidade de calor perdida pela água deve ser igual à quantidade de calor recebida pelo recipiente.

Desprezando os sinais, temos que:

| Q_A | = | Q_R |

m_A times c_A times | Delta theta_A | = m_R times c_R times | Delta theta_R

Em que Q, m, c e Delta theta são respectivamente a quantidade de calor, massa, calor específico e variação de temperatura. O subscrito "A" refere-se à água e o subscrito "R" refere-se ao recipiente.

A água tem massa m_A em gramas, calor específico c_A = 4,2 times 10^3~J/(Kg cdot ^circ C) e a temperatura variou de 80^oC para 70^oC.

O recipiente de alumínio tem massa de m_R = 420 g, calor específico de 9 times 10^2 ~J/(Kg cdot ^circ C)~ e a temperatura variou de 20^oC para 70^oC.

Substituímos esses valores na fórmula:

m_A times 4,2 times10^3 ~J/(Kg cdot ^circ C)~ times |70-80| ^circ C =

= 420 ~g ~ times 9 times 10^2 ~J/(Kg cdot ^circ C)~ times |70-20| ^circ C

Simplificamos a equação:

m_A times 4,2 times10^3 times |70-80| = 420 times 9 times 10^2 times |70-20| ~g

m_A times 4,2 times10^3 times 10 = 420 times 9 times 10^2 times 50~g

m_A = dfrac{420 times 9 times 100 times 50}{4,2 times 10^3 times 10} ~g

m_A = dfrac{100 times 9 times 100 times 50}{1 times 10^3 times 10} ~g

m_A = dfrac{9 times 5 times 10^5 ~g}{10^4} = 450 ~g

Gabarito: Letra B.

A alternativa correta é letra B) 180 ºC.

Gabarito: LETRA B

Calcularemos inicialmente a potência térmica do fogão usando os dados fornecidos para o aquecimento da água:

P = frac{Q}{Delta t}

Q = m.C_p.Delta T

Dados fornecidos

m=1000g

C_P=1,00 cal/(g ⋅ ºC)

Delta T = T - T_0=100-20=80°C

Delta t = 5min = 5 times 60s = 300s

Calculando o calor necessário para aquecer a água até 80°C.

Q = m.C_p.Delta T

Q = 1000.1.80=80000~cal

Calculando a potência do fogão

P = frac{Q}{Delta t}

P = frac{80000}{300}approx 266,7~W

Como a potência do fogão é constante, determinaremos a variação de temperatura causada no óleo para um intervalo de tempo de 1min.

Dados sobre o óleo

C_P = 0,45 cal/(g ⋅ ºC)

m=200g

Delta T=????

Delta t = 1min = 1 times 60s = 60s

Calculando a variação de Temperatura do óleo:

P = frac{Q}{Delta t}

266,7=frac{200.0,45.Delta T}{60}

Delta T = frac{266,7}{1,5}=177,8approx 180°C

Gabarito: LETRA B

A alternativa correta é letra E) 39,6 𝐾𝑐𝑎𝑙

ALTERNATIVA CORRETA: LETRA E

Dados da questão:

m=500g = 0,5 Kg

L_{Fusão}=333KJ/Kg

Q = m.L = 0,5 . 333 = 166,5KJ

convertendo 166,5KJ para Kcal, basta dividirmos esse valor por 4,2, que o fator de conversão.

Q = frac{166,5}{4,2}=39,64 cong 39,6Kcal