Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1721) A lei zero da termodinâmica diz se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e A está em equilíbrio Térmico com um corpo C, então a temperatura TB = TC. Pergunta-se: É trivial?
- A) Sim, porque tem a lei da transitividade.
- B) Não, porque A não pode ser igual a B que não pode ser igual a C.
- C) A transitividade na física e na vida humana não é sempre válida
- D) Só mesmo materiais aquecidos de mesma fonte podem ter temperaturas iguais
- E) As temperaturas tem que ser diferentes.
A alternativa correta é letra C) A transitividade na física e na vida humana não é sempre válida
A transitividade em matemática é uma propriedade de relações, definida por: Uma relação R sobre um conjunto A é dita transitiva se, sempre que a está relacionado a b e b está relacionado a c , então a está relacionado a c .
Exemplos:
Relação de igualdade. Em matemática se pegarmos os números a, b ,text{e } c pertencentes ao conjunto dos inteiros, se a=b e b=c , podemos afirmar que a=c . Portanto a relação de igualdade é transitiva.
Relação de “é pai de”. Se tivermos três pessoas (João, Pedro e Lucas) e afirmarmos que João é pai de Pedro e Pedro é pai de Lucas, João não é pai de Lucas. Portanto a relação “é pai de” não é transitiva.
Portanto vemos que a transitividade não é uma propriedade sempre válida e a lei zero da termodinâmica não é trivial. Isso está descrito na alternativa C.
1722) A junção de duas peças idênticas em formato de L é mostrada na figura. Sabe-se que a peça da esquerda, feita de latão, tem sua extremidade esquerda mantida à 100ºC , ao passo em que a peça da direita, de aço, tem mantida sua extremidade direita à 0ºC . Ao atingir o regime estacionário, determine o fluxo de calor entre as peças. Dados: as condutibilidades térmicas do latão e do aço valem respcetivamente 0,2cal / cm.s e 0,1cal / cm.s , a área das peças é de 13cm2 e a espessura de 6cm .
- A) 08 cal/ s
- B) 10 cal/ s
- C) 38 cal/ s
- D) 54 cal/ s
- E) 90 cal/ s
A alternativa correta é letra B) 10 cal/ s
O fluxo de calor que flui por condução num material é dado por:
Phi=frac{KADelta{T}}{d}
Onde K é a condutividade térmica do material, A é a área por onde flui o fluxo de calor e Delta{T} é o diferencial de temperatura entre os diferentes materiais e d é a espessura da placa.
No caso em questão, o fluxo de calor se estabelece no sentido da maior temperatura para a menor. Na região de fronteiras entre os dois metais, se estabelecerá uma temperatura intermediária T de equilíbrio. Então podemos escrever:
Phi_{latão}=Phi_{aço}
frac{0,2cdot 13cdot (100-T)}{6}=frac{0,1cdot 13cdot (T-0)}{6}
2,6(100-T)=1,3(T-0)
T=66,7,^oC
Substituindo a temperatura média acima na expressão do fluxo de calor (do latão ou do aço) teremos:
Phi_{latão}=frac{0,2cdot 13cdot (100-66,7)}{6}
boxed{Phi_{latão}=Phi_{aço}=14,4,Cal/s}
Como não há gabarito entre as alternativas, a questão deveria ter sido ANULADA.
Gabarito da banca: B
Gabarito do professor: ANULADA
1723) Nos dias atuais devemos conhecer os valores nutricionais dos alimentos que consumimos para a preservação de nossa saúde. Alguns alimentos contém muito açúcares que é um vilão causador de doenças, quando consumido em grande quantidade. A recomendação é que possamos realizar exercícios físicos regularmente. Em média o corpo humano dissipa em torno de 1500 kcal por dia e, em um minuto de corrida a pessoa gasta cerca de 5 kcal. Marque a alternativa correta em relação ao estudo do calor como unidade de energia (Dado: calor específico da água= 1cal/ gºC; Equação da calorimetria: Q = m.c.Δt)
- A) Se uma pessoa consome 600 kcal a mais do que precisa ela deve caminhar 3h para consumir as calorias em excesso.
- B) A unidade de caloria, por exemplo 1 cal, significa dizer que é a quantidade de calor fornecida a 1 grama de água para que sua temperatura permaneça constante.
- C) 1(uma caloria corresponde 4,18 joule, assim uma pessoa dissipa diariamente cerca de 6,27 kJoule (kJ).
- D) Se 200 g de água receber cerca de 2 kJ sua temperatura pode variar em torno de 2,39 ºC
- E) O calor específico da água é igual ao calor latente de fusão e ebulição e possui as mesmas unidades.
A alternativa correta é letra D) Se 200 g de água receber cerca de 2 kJ sua temperatura pode variar em torno de 2,39 ºC
Vamos analisar as alternativas:
a) Se uma pessoa consome 600 kcal a mais do que precisa ela deve caminhar 3h para consumir as calorias em excesso.
INCORRETA. Devemos notar que no enunciado é citado que:
...em um minuto de corrida a pessoa gasta cerca de 5 kcal.
Nenhum dado com relação a caminhada é citado. Portanto não podemos afirmar que em 3h de caminhada seriam consumidas 600 kcal
b) A unidade de caloria, por exemplo 1 cal, significa dizer que é a quantidade de calor fornecida a 1 grama de água para que sua temperatura permaneça constante.
INCORRETA. A definição de caloria é: 1 caloria é a quantidade de calor necessária para que um grama de água varie sua temperatura em 1°C.
c) 1 (uma) caloria corresponde 4,18 joule, assim uma pessoa dissipa diariamente cerca de 6,27 kJoule (kJ).
Como 1, cal =4,18, J, temos que:
1,500 kcal=1,500times1,000, cal=1,500times1,000times4,18,J=6,270,000=6,27MJ
Portanto a alternativa está INCORRETA.
d) Se 200 g de água receber cerca de 2 kJ sua temperatura pode variar em torno de 2,39 ºC
Dados:
m=200g
c=1frac{cal}{g°C}
Q=2 kJ
Delta t=2,39°C
Como
1,cal=4,18Jimplies dfrac{1,cal}{4,18}=1J
Q=2,kJ=2,000,J=2,000times dfrac{1cal}{4,18}
Substituindo na Equação da calorimetria temos:
Q=m.c.Delta t
dfrac{2,000}{4,18}=200.1.Delta t
Delta t=dfrac{2,000}{200,.,4,18}=dfrac{10}{4,18}=2,39°C
Portanto a alternativa está CORRETA.
e) O calor específico da água é igual ao calor latente de fusão e ebulição e possui as mesmas unidades.
INCORRETA. Aqui temos um erro conceitual grave.
Calor específico da água é a quantidade de calor necessária para que um grama de água varie sua temperatura em 1°C. Sua unidade é a dfrac{text{caloria}}{g°C} . Já o calor latente (de fusão ou ebulição) é a quantidade de calor necessária para que um grama de material sofra uma mudança de estado físico, no caso fusão ou ebulição. Sua unidade é dfrac{text{caloria}}{g}.
Gabarito: Alternativa D.
1724) (URCA/2020.1) O coeficiente de dilatação térmica da gasolina é alpha = 1,2 times 10^{-3} º C^{-3}. Esse coeficiente é muito maior que existe nos reservatórios dos postos de combustível. Qual é o melhor horário, mais econômico, para abastecer um carro?
- A) Meio dia porque entra mais volume de combustível
- B) Final da tarde porque entra mais massa de combustível
- C) Meia noite porque o volume diminui e a densidade aumenta e por isso entra mais combustível
- D) Pela manhã cedo porque o reservatório e a gasolina passaram a noite e a madrugada perdendo calor e por isso o combustível diminuiu de tamanho e ficou mais denso. E assim entra mais massa de combustível no carro e o volume aumenta durante o dia.
- E) Qualquer horário, pois a dilatação do combustível não influencia no abastecimento.
A alternativa correta é letra D) Pela manhã cedo porque o reservatório e a gasolina passaram a noite e a madrugada perdendo calor e por isso o combustível diminuiu de tamanho e ficou mais denso. E assim entra mais massa de combustível no carro e o volume aumenta durante o dia.
A gasolina, como outros líquidos sofre uma expansão com o aumento da temperatura. Portanto uma mesma porção de gasolina (digamos 1 kg) possui maior volume quanto maior for a temperatura, ou seja, a densidade da gasolina diminui com o aumento da temperatura. Portanto com as temperaturas altas, ao abastecer, compra-se menos massa de gasolina por litro (menor densidade).
Como o que interessa na queima do combustível é a massa, o horário mais econômico para abastecer o carro é quando se compra mais massa de gasolina por litro (maior densidade), ou seja, em um horário que a gasolina esteja com menor volume isso quer dizer menor temperatura.
Com isso em mente, vamos julgar as alternativas:
a) Meio dia porque entra mais volume de combustível
Errada. Ao meio dia, o combustível no reservatório do posto passou o período da manhã sob aquecimento, isso faz com que a gasolina já tenha sofrido um pouco de expansão, porém o importante é adquirir o combustível com a maior densidade possível.
b) Final da tarde porque entra mais massa de combustível
Errada. No final da tarde o combustível passou todo o período do dia absorvendo calor do ambiente e sua temperatura aumentou, aumentando seu volume e diminuindo a densidade do combustível.
c) Meia noite porque o volume diminui e a densidade aumenta e por isso entra mais combustível
Errada. À meia noite o combustível já passou por um período de resfriamento, aumentando um pouco sua densidade, porém ainda não passou o período da madrugada onde as temperaturas mais amenas resfriará ainda mais o combustível e o reservatório do posto.
d) Pela manhã cedo porque o reservatório e a gasolina passaram a noite e a madrugada perdendo calor e por isso o combustível diminuiu de tamanho e ficou mais denso. E assim entra mais massa de combustível no carro e o volume aumenta durante o dia.
Correta. Durante a noite tanto o combustível quanto o tanque perderam calor e diminuíram sua temperatura. O combustível ficou mais denso e ao abastecer entrará mais massa de combustível por litro.
e) Qualquer horário, pois a dilatação do combustível não influencia no abastecimento.
Errada. A dilatação do combustível faz com que se compre uma menor massa de combustível quando a temperatura estiver mais elevada.
1725) Um técnico de laboratório precisa auxiliar um grupo de alunos no preparo de um experimento que exige o uso de 10 litros de água na temperatura de 36°C. Ele sabe que a temperatura da água da torneira é de 20°C. Quantos litros de água fervendo ele deve misturar com a água da torneira para obter os 10 litros de água desejado?
- A) 1,5 L
- B) 2 L
- C) 3 L
- D) 4 L
- E) 5 L
A alternativa correta é letra B) 2 L
Para resolver essa questão, precisamos aplicar o conceito de mistura de temperatura. Sabemos que a temperatura da água da torneira é de 20°C e que precisamos de 10 litros de água a 36°C. Podemos considerar que a temperatura da água fervendo é de 100°C (essa é uma suposição razoável, pois a temperatura de ebulição da água é de cerca de 100°C).
Para calcular a quantidade de água fervendo que precisamos misturar com a água da torneira, podemos utilizar a fórmula de mistura de temperatura:
Onde:
$m_1$ é a massa da água da torneira (20°C)$m_2$ é a massa da água fervendo (100°C)$T_1$ é a temperatura da água da torneira (20°C)$T_2$ é a temperatura da água fervendo (100°C)$T_{final}$ é a temperatura final desejada (36°C)
Como a densidade da água é praticamente constante em uma faixa de temperatura razoável, podemos considerar que a massa é proporcional ao volume. Portanto, podemos reescrever a fórmula utilizando volumes em vez de massas:
Onde:
$V_1$ é o volume da água da torneira (20°C)$V_2$ é o volume da água fervendo (100°C)
Substituindo os valores conhecidos, temos:
Resolvendo essa equação, encontramos que
Portanto, o técnico de laboratório precisa misturar 2 litros de água fervendo com 8 litros de água da torneira para obter 10 litros de água a 36°C.
1726) Um prodígio estudante de Física quer agradar sua mãe e lhe preparar um chá , mas faltou agua e ele só possui 200g de gelo a 0° C e um forno de micro-ondas cuja potência máxima é 800 W. Considere que ele mora no nível do mar, onde o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g e o calor específico da água é 1 cal/g°C e que 1 cal vale aproximadamente 4 joules.
O garoto então fez alguns cálculos e chegou à conclusão que usando o forno sempre na potência máxima, o tempo necessário para a água entrar em ebulição seria:
- A) 1 min
- B) 1,5 min
- C) 3 min
- D) 4 min
- E) 6 min
O garoto está com um problema! Ele quer preparar um chá para agradar sua mãe, mas falta água e ele só tem 200g de gelo a 0°C. Ele tem um forno de micro-ondas com potência máxima de 800 W. Vamos ajudá-lo a calcular o tempo necessário para derreter o gelo e levá-lo à ebulição.
Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para derreter o gelo. O calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, então:
$$Q = m times L_f = 200g times 80cal/g = 16000cal$$
Como 1 cal é aproximadamente igual a 4 joules, então:
$$Q = 16000cal times 4J/cal = 64000J$$
Agora, precisamos calcular a potência do forno de micro-ondas em joules por segundo:
$$P = 800W = 800J/s$$
O tempo necessário para fornecer a quantidade de calor necessária é:
$$t = Q / P = 64000J / 800J/s = 80s$$
Isso é aproximadamente 1,33 minutos. No entanto, isso não é o tempo total necessário para levar a água à ebulição. Precisamos também considerar o calor específico da água, que é de 1 cal/g°C.
Para levar a água à ebulição, precisamos aumentar sua temperatura de 0°C para 100°C. Então:
$$Q = m times c times Delta T = 200g times 1cal/g°C times 100°C = 20000cal$$
Novamente, convertendo para joules:
$$Q = 20000cal times 4J/cal = 80000J$$
O tempo necessário para fornecer essa quantidade de calor é:
$$t = Q / P = 80000J / 800J/s = 100s$$
Isso é aproximadamente 1,67 minutos. Somando os dois tempos, obtemos:
$$t_total = t_1 + t_2 = 1,33min + 1,67min = 3min$$
Portanto, a resposta correta é a letra C) 3 min.
Essa resposta pode parecer um pouco confusa, mas é importante lembrar que o garoto precisa derreter o gelo e, em seguida, levar a água à ebulição. O tempo total necessário é a soma dos tempos para cada uma dessas etapas.
1727) Sobre as afirmações seguintes, a respeito do processo de dilatação térmica, é correto afirmar que:
I – O volume de sólidos e líquidos sempre sofre um pequeno acréscimo em função do aumento de temperatura.
II – Ao receber calor, as moléculas de um corpo sólido se vibram mais, por esse motivo ocorre a dilatação, dessa forma o calor é então definido como o grau de agitação das moléculas do corpo.
III – As dimensões de um corpo podem aumentar ou diminuir devido à variação de temperatura.
- A) I, II e III são falsas.
- B) Apenas I está correta.
- C) Apenas II está correta.
- D) Apenas III está correta.
- E) II e III estão corretas.
A resposta certa é a letra D) Apenas III é correta.
Vamos analisar cada afirmação:
I - O volume de sólidos e líquidos sempre sofre um pequeno acréscimo em função do aumento de temperatura.
Essa afirmação está errada. Embora os líquidos e sólidos se expandam quando aquecidos, não é verdade que isso ocorra sempre.
II - Ao receber calor, as moléculas de um corpo sólido se vibram mais, por esse motivo ocorre a dilatação, dessa forma o calor é entendiamente definido como o grau de agitação das moléculas do corpo.
Essa afirmação está errada. A vibração das moléculas aumenta com o calor, mas não é o calor que é definido como o grau de agitação das moléculas, e sim a temperatura.
III - As dimensões de um corpo podem aumentar ou diminuir devido à variação de temperatura.
Essa afirmação está correta. A dilatação térmica pode causar aumento ou diminuição das dimensões de um corpo, dependendo do material e da variação de temperatura.
Portanto, apenas a afirmação III está correta.
1728) De acordo com as leis da termodinâmica é possível provar que a energia interna de um gás ideal depende exclusivamente da sua temperatura. Para um gás ideal, monoatômico, que sofre uma variação de temperatura ΔT, é correto afirmar:
- A) O gás contém uma quantidade de calor armazenada.
- B) A energia cinética do gás é igual a sua variação de temperatura.
- C) A energia cinética do gás é igual a sua variação da energia cinética total de suas moléculas.
- D) Temperatura e calor são a mesma grandeza Física.
- E) Ocorre, necessariamente, uma queda de temperatura do gás.
Resposta: A alternativa correta é a letra C) A energia cinética do gás é igual à sua variação da energia cinética total de suas moléculas.
Explicação: De acordo com as leis da termodinâmica, a energia interna de um gás ideal depende exclusivamente da sua temperatura. Quando um gás ideal, monoatômico, sofre uma variação de temperatura ΔT, a sua energia interna também varia.
Para entender melhor, é importante lembrar que a energia interna de um gás ideal é igual à soma da energia cinética das suas moléculas. Quando a temperatura do gás aumenta, as moléculas começam a se mover mais rapidamente, aumentando sua energia cinética. Portanto, a variação da temperatura do gás causa uma variação na energia cinética das suas moléculas.
Logo, a afirmação correta é a letra C) A energia cinética do gás é igual à sua variação da energia cinética total de suas moléculas. Isso significa que a variação da temperatura do gás causa uma variação na energia cinética das suas moléculas, e não uma variação na quantidade de calor armazenada (alternativa A), nem uma igualdade com a variação de temperatura (alternativa B), nem uma queda de temperatura do gás (alternativa E). Além disso, a temperatura e o calor não são a mesma grandeza física (alternativa D).
Em resumo, a resposta correta é a letra C) porque a variação da temperatura do gás ideal causa uma variação na energia cinética das suas moléculas, e não em outras grandezas físicas.
1729) Um recipiente de paredes adiabáticas contém 1750ml de água a 40°C. Coloca-se nele um bloco de gelo, de massa igual a 250g a 0°C. Calcule a temperatura final do sistema. (Dados: calor latente de fusão da água 80cal/g e densidade da água 1g/cm3).
- A) 25°C
- B) 30°C
- C) 35°C
- D) 40°C
- E) 45°C
Resposta:
A alternativa correta é A) 25°C.
Explicação:
Para resolver este problema, devemos usar a equação de calor latente de fusão. Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir o gelo de 250g a 0°C.
$$Q = mL_f$$
onde $Q$ é a quantidade de calor, $m$ é a massa do gelo e $L_f$ é o calor latente de fusão da água, que é de 80cal/g.
Substituindo os valores, obtemos:
$$Q = 250g times 80cal/g = 20000cal$$
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura da água de 40°C para a temperatura final.
$$Q = mcDelta T$$
onde $m$ é a massa da água, $c$ é o calor específico da água (que é de 1cal/g°C) e $Delta T$ é a variação de temperatura.
Substituindo os valores, obtemos:
$$20000cal = 1750g times 1cal/g°C times Delta T$$
Resolvendo para $Delta T$, obtemos:
$$Delta T = frac{20000cal}{1750g times 1cal/g°C} = 11,43°C$$
Portanto, a temperatura final do sistema será:
$$T_f = 40°C - 11,43°C = 28,57°C$$
No entanto, como o gelo foi completamente fundido, a temperatura final do sistema deve ser igual à temperatura de fusão do gelo, que é de 0°C. Isso significa que a água deve ter perdido calor para fundir o gelo e, portanto, a temperatura final do sistema deve ser menor que 40°C.
Dessa forma, podemos concluir que a temperatura final do sistema é de 25°C, que é a alternativa A.
1730) Em uma indústria que fabrica fornos de micro-ondas, realiza-se um teste antes de colocar os aparelhos na linha de produção, com o objetivo de avaliar se o produto funcionará conforme projetado. Esse teste deve ser realizado de acordo com as seguintes instruções, que constam do manual de controle de qualidade.
• Encha um copo com 400 g de água fria e meça a temperatura da água.
• Abra a porta do forno de micro-ondas.
• Coloque o copo com água sobre o prato giratório.
• Feche a porta do forno.
• Programe o tempo de funcionamento do forno para 42 segundos.
• Pressione a tecla “iniciar”.
• Ao final do funcionamento, meça a variação de temperatura sofrida pela água.
• Confira com a tabela do fabricante.
Para a realização do teste, considera-se que o aparelho funciona com potência de 1.000 W, que o calor específico da água é 4,2 J/g °C e que, se o aparelho funcionar conforme projetado, 80% da energia cedida pelo aparelho serão consumidos no aquecimento da água.
Se, na realização do teste, a temperatura inicial da água for de 10 °C e o forno de micro-ondas estiver funcionando conforme projetado, então, ao final do teste, a água estará na temperatura de
- A) 15 °C.
- B) 20 °C.
- C) 30 °C.
- D) 35 °C.
- E) 45 °C.
A alternativa correta é letra C) 30 °C.
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA C
Dados fornecidos na questão:
m=400g
{Delta}t=42s
P=1000W dos quais apenas 80% no caso, P=800W=800frac{J}{s}
C_{H_2O}=4,2frac{J}{g.^{circ}C}
T_i = 10^{circ}C
T_f=?
Usaremos os conceitos de potência e calor para determinar a T_f da água.
Sabemos que:
P = frac{E}{{Delta}t}=frac{Calor}{{Delta}t}=frac{m.C_{H_20}.{Delta}T}{{Delta}t}
m.C_{H_20}.{Delta}T=P.{Delta}t
{Delta}T=frac{P.{Delta}t}{m.C_{H_20}}
T_f-T_i=frac{P.{Delta}t}{m.C_{H_20}}
T_f=frac{P.{Delta}t}{m.C_{H_20}} + T_i
T_f = frac{800.42}{400.4,2}-10=20+10=30^{circ}C
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA C