Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1731)
Disponível em: www.superkid.pl. Acesso em: nov. 2016 (adaptado).
A chaleira elétrica é um aparelho doméstico que utiliza uma resistência R para o aquecimento de líquidos. O tempo para aquecer determinado líquido depende da potência da chaleira.
Pretende-se comparar o comportamento de uma chaleira quando conectada a uma tomada de 110 V e a uma tomada de 220 V. Para isso, realizaram-se os seguintes experimentos, em que o índice 1 se refere ao caso de conectar a chaleira à tomada de 110 V e o índice 2, à tomada de 220 V.
Primeiro experimento: Para a mesma quantidade de massa de água, inicialmente a 0 °C, determinaram-se as temperaturas
T
1 e
T
2 que a massa de água atingiu, transcorrido determinado tempo de funcionamento da chaleira.
Segundo experimento: Para a mesma quantidade de massa de água, inicialmente a 0 °C, determinaram-se os tempos
t
1 e
t
2 necessários para a massa de água atingir determinada temperatura final.
Considerando-se que a chaleira está em perfeito funcionamento e que toda a potência elétrica é transferida para a massa de água no processo de aquecimento, quais as relações entre
T1
e
T2 e entre
t1 e
t2?
- A) T1 = left ( frac{1}{4} right ) T2 e t1 = 4 t2
- B) T1 = 4 T2 e t1 = left ( frac{1}{4} right ) t2
- C) T1 = left ( frac{1}{2} right ) T2 e t1 = 2 t2
- D) T1 = 2 T2 e t1 = left ( frac{1}{2} right ) t2
- E) T1 = T2 e t1 = t2
A alternativa correta é letra A) T1 = left ( frac{1}{4} right ) T2 e t1 = 4 t2
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A
Usaremos duas definições para determinar o que se pede.
1ª R = frac{U}{i}, lei de Ohm.
2ª P = frac{U^2}{R}, potência elétrica.
Temos a situação descrita para as tensões U_1 = 110V eU_2 = 220V, consequentemente temos a relação entre as tensões 1 e 2.
U_2 =2.U_1 = 2.U
Relação entre as potências, como o equipamento é o mesmo, a chaleira elétrica, sua resistência não será alterada (cte)e a chamaremos apenas de R.
P_1 = frac{U_{1}^2}{R}= frac{U^2}{R}=P
P_2 = frac{U_{2}^2}{R}= frac{(2.U)^2}{R}=frac{4.U^2}{R}=4.P
Com as potências determinadas, encontraremos o que se pede em cada experimento.
No primeiro experimento:
Delta t_1=Delta t_2=Delta t
P=frac{Q}{Delta t}= frac{m.c_p.Delta T}{Delta t}
P_1=frac{Q}{Delta t}= frac{m.c_p(T_1-T_0)}{Delta t}= frac{m.c_p.T_1}{Delta t}
P_2=frac{Q}{Delta t}= frac{m.c_p(T_2-T_0)}{Delta t}= frac{m.c_p.T_2}{Delta t}
Como P_2 = 4.P_1, temos que:
frac{m.c_p.T_2}{Delta t}=4.frac{m.c_p.T_1}{Delta t}
T_2 = 4.T_1
No segundo experimento:
Delta T_1=Delta T_2=Delta T e t_0=0.
P_1=frac{Q}{Delta t}= frac{m.c_p.Delta T)}{Delta t}= frac{m.c_p.Delta T}{t_1-t_0}=frac{m.c_p.Delta T}{t_1}
P_1=frac{Q}{Delta t}= frac{m.c_p.Delta T}{Delta t}= frac{m.c_p.Delta T}{t_2-t_0}=frac{m.c_p.Delta T}{t_2}
P_2 = 4.P_1
frac{m.c_p.Delta T}{t_2}=4.frac{m.c_p.Delta T}{t_1}
frac{1}{t_2}=frac{4}{t_1}
t_1=4.t_2
Conclusão,
T_1 = left ( frac{1}{4} right ) T_2 e t_1=4.t_2
ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A
1732) 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 certa é a letra D) III apenas.
Para entender porque essa é a resposta certa, correta, é importante analisar as afirmações apresentadas.
A afirmação I - "Somente nossos sentidos são suficientes para quantificar a temperatura de um corpo" - é incorreta. Embora nossos sentidos possam nos dar uma ideia geral de quão quente ou frio está um corpo, eles não são precisos o suficiente para quantificar a temperatura com precisão. É necessário usar instrumentos como termômetros para medir a temperatura de forma precisa.
A afirmação II - "A temperatura mede o nível de concentração de calor das moléculas de um corpo" - é incorreta. A temperatura mede a energia cinética média das moléculas de um corpo, e não a concentração de calor. O calor é a energia transferida de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura, mas não é a mesma coisa que a temperatura.
A afirmação 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" - é correta. Isso é exatamente o que acontece quando dois corpos estão em contato e não há influências externas que os afetem. Eles irão trocar calor até que a temperatura seja uniforme em ambos os corpos.
Portanto, a resposta certa é a letra D) III apenas, pois apenas a afirmação III é correta.
1733) Muitos acontecimentos do nosso dia-a-dia estão relacionados com o fenômeno da dilatação. Observe a tirinha que segue e analise-a:
(Fonte: MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. Curso de Física, volume 2, editora Scipione, 2011. P. 21)
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.
A alternativa correta é a letra D) Considerando que ao aquecer a tampa da garrafa,<|begin_of_text|>200, apenas ela se dilata, uma vez que o gargalo é pouco aquecido, a mulher consegue destampá-la com facilidade.
Essa questão está relacionada ao fenômeno da dilatação térmica. Quando a tampa da garrafa é aquecida, ela se dilata mais do que o gargalo, pois o coeficiente de dilatação térmica do material da tampa é maior do que o do gargalo. Isso faz com que a tampa fique mais solta em relação ao gargalo, tornando mais fácil a mulher destampá-la.
Nas outras alternativas, há erros conceituais. A alternativa A) está errada porque a transferência de elétrons não tem relação com a dilatação térmica. A alternativa B) também está errada porque, embora a tampa e o gargalo se dilatem ao serem aquecidos, a mulher consegue destampar a garrafa porque a tampa se dilata mais do que o gargalo. A alternativa C) está errada porque a dilatação do líquido não é relevante para a questão. A alternativa E) está errada porque a troca de calor entre a tampa e o gargalo não é a razão pela qual a mulher consegue destampar a garrafa.
1734) Em um experimento, um grupo de estudantes utiliza um ebulidor elétrico para aquecer meio litro de água (calor específico 4,2 kJ/kgºC e densidade 1,0 g/cm³) inicialmente a 20ºC. Após 2 min e 6 segundos, os estudantes verificam que a temperatura da água se elevou a 80ºC. Considerando que o ebulidor tenha potência elétrica constante e que todo o calor fornecido por ele seja absorvido pela água, o tempo necessário para aquecer 250 ml de água de 20ºC até a temperatura de ebulição (100ºC) é de:
- A) 1 min 24 s.
- B) 1 min 55 s.
- C) 2 min 10 s.
- D) 2 min 42 s.
A alternativa correta é letra A) 1 min 24 s.
Exercício de calorimetria, envolvendo potência da fonte e tempo de aquecimento.
Extraindo os dados do enunciado e analisando:
Dados:
Água: 0,5l = 500cm^3
mu=1,g/cm^3
c=4,2, KJ/Kg°C
Para calcularmos a quantidade de calor fornecida na primeira etapa devemos encontrar a massa de água. Como a densidade é dada por:
mu=dfrac{text{massa}}{text{volume}} implies m=mu.text{volume}
m=dfrac{1g}{cancel{cm^3}}cdot 500cancel{cm^3}=500g
Como o calor específico sensível (c) está dado em KJ/Kg, devemos transformar J/g
c=4,2dfrac{KJ}{Kg}=4,2dfrac{1000J}{1000g}implies c=4,2,{J}/{g}
Agora para a primeira etapa tempos
- m=500g
- Temperatura inicial: theta_i=20°C
- Temperatura final: theta_f=80°C
- Delta t=2min,6s=2times60+6=126s
Q=m.c.Delta theta=500.4,2.(80-20)=126,000,J
Ou seja, a fonte fornece 126,000 ,J de energia térmica em 126,segundos, ou 1,000, J/s.
Para a segunda etapa, vamos primeiramente calcular a quantidade de calor necessário para o aquecimento da água e posteriormente calcular o tempo necessário.
As condições da segunda etapa são:
- m=250g
- Temperatura inicial: theta_i=20°C
- Temperatura final: theta_f=100°C
- Delta t=?
Q=m.c.Delta theta=250.4,2.(100-20)=84,000,J
Para aquecer a água até a temperatura de ebulição, serão necessários 84,000, J de calor. Como a fonte fornece 1,000,J em 1,segundo, para ela fornecer 84,000,J serão necessários 84,segundos=1, min, 24, s
Portanto o tempo necessário para aquecer 250 ml de água de 20ºC até a temperatura de ebulição (100ºC) é de 1 min 24 s.
1735) Construída para ter alta resistência a calor e radiação, a sonda Parker deixou a Terra em agosto de 2018 com a singela missão de “tocar o Sol” – ou melhor dizendo, sobrevoar nosso astro maior com proximidade inédita. Em uma manobra feita há alguns meses, o veículo ficou a uma distância de 24 milhões de quilômetros da superfície solar, o suficiente para completar a façanha. E também para fornecer informações inéditas aos astrônomos. Denominada de missão Parker a mesma tem dois objetivos principais, marque a opção correta que descreve esses objetivos.
Disponível em super.abril.com.br
- A) Explicar a natureza dos ventos solares e dar pistas sobre a temperatura da atmosfera estendida do sol, também conhecida como “corona”, é muito maior que a de sua superfície;
- B) Explicar a natureza dos buracos negros causados pelos ventos “corona”;
- C) Explicar o fluxo solar de partículas ionizadas e emitidas pelos ventos da órbita;
- D) Explicar os buracos causados pela alta temperatura dos ventos solares chamadas de “corona”.
A resposta certa é a letra A) Explicar a natureza dos ventos solares e dar pistas sobre a temperatura da atmosfera estendida do sol, chamada de "corona", é muito maior que a de sua superfície.
Os objetivos principais da missão Parker são dois: explicar a natureza dos ventos solares e dar pistas sobre a temperatura da atmosfera estendida do sol, também conhecida como "corona". Isso é muito importante pois a "corona" é muito maior que a superfície do sol.
Os ventos solares são fluxos de partículas carregadas que emanam do sol e se espalham pelo espaço. A temperatura da atmosfera estendida do sol, ou "corona", é muito maior que a temperatura da superfície do sol. Isso é um fenômeno que ainda não é completamente compreendido pela comunidade científica.
A sonda Parker foi projetada para resistir ao calor e à radiação do sol e coletar dados sobre a temperatura e a composição da "corona". Esses dados são fundamentais para entender melhor o comportamento do sol e como ele afeta o sistema solar.
A missão Parker tem como objetivo principal entender melhor a natureza dos ventos solares e como eles se relacionam com a temperatura da "corona". Além disso, a missão também busca coletar dados sobre a composição da "corona" e como ela se comporta em diferentes condições.
Com esses dados, os científicos podem melhor entender como o sol afeta o sistema solar e como isso pode impactar a Terra e outros planetas. Além disso, a missão Parker também pode contribuir para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes para a exploração do espaço.
1736) O SOL é a estrela mais próxima da Terra. É a única estrela próxima o bastante para aparecer como um disco e não como um pontinho luminoso. Essencialmente, o Sol é o Sistema Solar. 73,46% do sol é composto de:
- A) Oxigênio.
- B) Hélio.
- C) Hidrogênio.
- D) Carbono.
- E) Nitrogênio.
A questão apresentada refere-se à composição do Sol, que é a estrela mais próxima da Terra. É a única estrela próxima o suficiente para aparecer como um disco e não como um pontinho luminoso. Essencialmente, o Sol é o Sistema Solar.
Agora, vamos analisar as opções apresentadas:
A) Oxigênio.
B) Hélio.
C) Hidrogênio.
D) Carbono.
E) Nitrogênio.
A resposta correta é a letra C) Hidrogênio. Isso porque o Sol é composto por cerca de 73,46% de hidrogênio, 24,85% de hélio e 1,69% de outros elementos.
O hidrogênio é o elemento mais abundante no Sol, e é responsável pela reação de fusão nuclear que ocorre em seu núcleo, liberando uma grande quantidade de energia na forma de luz e calor.
Essa reação de fusão nuclear é a fonte de energia que sustenta a vida na Terra, e é responsável pelo calor e pela luz que recebemos do Sol.
Portanto, a resposta correta é a letra C) Hidrogênio, que é o elemento mais abundante no Sol e responsável pela sua energia.
1737) Com o objetivo de medir o calor específico de um líquido, um professor realiza um experimento utilizando um calorímetro. No interior do calorímetro de capacidade térmica 0,8 cal/°C encontram-se 90 g do líquido a 20°C. O professor aquece um bloco de cobre de 140 g e calor específico 0,094 cal/g°C, até a temperatura de 120°C e coloca-o dentro do calorímetro. Passado algum tempo o equilíbrio térmico se estabelece em 40°C. Qual foi o valor aproximado do calor específico do líquido encontrado pelo professor, em cal/g°C?
- A) 0,600
- B) 0,584
- C) 0,555
- D) 0,576
- E) 0,498
A resposta certa é a letra D) 0,576.
Vamos analisar o problema passo a passo. O professor está tentando medir o calor específico de um líquido utilizando um calorímetro. O calorímetro tem uma capacidade térmica de 0,8 cal/°C e contém 90 g do líquido a 20°C. Em seguida, o professor aquece um bloco de cobre de 140 g com calor específico de 0,094 cal/g°C até a temperatura de 120°C e o coloca dentro do calorímetro. Após algum tempo, o equilíbrio térmico se estabelece em 40°C.
Para encontrar o calor específico do líquido, precisamos aplicar a lei da conservação de energia. A energia total do sistema é constante, portanto, a energia perdida pelo bloco de cobre é igual à energia ganha pelo líquido e pelo calorímetro.
Vamos calcular a energia perdida pelo bloco de cobre:
Q_perdida = m_cobre * c_cobre * ΔT
Q_perdida = 140 g * 0,094 cal/g°C * (120°C - 40°C)
Q_perdida = 140 g * 0,094 cal/g°C * 80°C
Q_perdida = 105,92 cal
Agora, vamos calcular a energia ganha pelo líquido e pelo calorímetro:
Q_ganha = Q_calorímetro + Q_líquido
Q_ganha = m_calorímetro * c_calorímetro * ΔT + m_líquido * c_líquido * ΔT
Q_ganha = 0,8 cal/°C * (40°C - 20°C) + 90 g * c_líquido * (40°C - 20°C)
Q_ganha = 16 cal + 90 g * c_líquido * 20°C
Como a energia total do sistema é constante, podemos igualar as energias perdida e ganha:
105,92 cal = 16 cal + 90 g * c_líquido * 20°C
Agora, podemos isolar o calor específico do líquido:
c_líquido = (105,92 cal - 16 cal) / (90 g * 20°C)
c_líquido ≈ 0,576 cal/g°C
Portanto, a resposta certa é a letra D) 0,576.
1738) Qual alternativa possui apenas instrumentos para medida de temperatura:
- A) Paquímetro, termômetro e termopar.
- B) Pirômetro digital, termômetro e termopar.
- C) Micrômetro, destilador e estetoscópio.
- D) Luxímetro, altímetro e decibelímetro.
- E) Multímetro, termômetro e dinamômetro.
Resposta: A alternativa correta é a letra B) Pirômetro digital, termômetro e termopar.
Explicação: A termologia é o ramo da física que estuda as propriedades térmicas dos corpos, como a temperatura. Os instrumentos utilizados para medir a temperatura são fundamentais nessa área. Dentre as opções, apenas a alternativa B apresenta instrumentos que medem temperatura.
O pirômetro digital é um instrumento que mede a temperatura utilizando a radiação infravermelha emitida por um corpo. Já o termômetro é um instrumento que mede a temperatura através da expansão ou contração de um líquido ou gas em um tubo capilar. O termopar é um dispositivo que converte a temperatura em uma diferença de potencial elétrico.
As outras opções não apresentam apenas instrumentos para medida de temperatura. A opção A apresenta o paquímetro, que é um instrumento que mede a pressão, e o termômetro, que é o único instrumento que mede temperatura. A opção C apresenta o micrômetro, que é um instrumento que mede distâncias muito pequenas, e o destilador, que é um aparelho utilizado em processos de destilação. A opção D apresenta o luxímetro, que é um instrumento que mede a intensidade luminosa, e o altímetro, que é um instrumento que mede a altitude. A opção E apresenta o multímetro, que é um instrumento que mede várias grandezas físicas, como tensão, corrente e resistência, e o dinamômetro, que é um instrumento que mede a força.
Portanto, a opção B é a única que apresenta apenas instrumentos para medida de temperatura.
1739) Numa aula experimental foram realizadas três experiências com materiais de baixo custo, descritos a seguir:
Primeiro experimento: Numa haste metálica foram grudadas, com parafina (cera) de vela, 5 pequenas esferas de metal. Em seguida, o conjunto foi virado, mantendo as esferas penduradas apenas pela parafina. Na sequência a ponta da haste foi colocada sobre uma chama. Após alguns minutos, verificou-se que as esferas começaram a cair uma a uma, iniciando pela mais próxima da chama.
Segundo experimento: Utilizou-se uma lâmpada incandescente de alta potência e logo acima, uma ventoinha (feita com uma chapa fina de alumínio). Verificou-se que a lâmpada ligada após um tempo, fez a ventoinha girar acima dela.
Terceiro experimento: Com a mesma lâmpada foi colocado um termômetro de álcool na frente, e após alguns minutos o termômetro indicou aumento da temperatura.
Cada experimento, feito com materiais de baixo custo, comprovam quais conceitos físicos, respectivamente:
- A) Primeira Lei da Termodinâmica, Segunda lei da Termodinâmica e Lei dos gases ideais.
- B) Calor Latente, Transformação de fase e refração da luz.
- C) Propagação de calor por condução, por convecção e por radiação.
- D) Leis de Newton, Propagação de calor por radiação e difração da luz.
- E) Lei de Hooke, Conservação de energia mecânica, efeito fotoelétrico.
A resposta certa é a letra C) Propagação de calor por condução, thermal convection, e radiação.
Essa resposta é resultado da análise dos três experimentos realizados. No primeiro experimento, observou-se que as esferas de metal começaram a cair uma a uma, iniciando pela mais próxima da chama. Isso ocorre porque o calor se propaga pela haste metálica por condução, fazendo com que a parafina derreta e perca a capacidade de manter as esferas penduradas.
No segundo experimento, a lâmpada incandescente fez a ventoinha girar acima dela. Isso ocorre porque o calor se propaga pela radiação, fazendo com que o ar ao redor da lâmpada se expanda e, consequentemente, faça a ventoinha girar.
No terceiro experimento, o termômetro de álcool indicou um aumento da temperatura quando foi colocado em frente à lâmpada. Isso ocorre porque o calor se propaga pela radiação, fazendo com que o termômetro registre o aumento da temperatura.
Portanto, os três experimentos comprovam que o calor se propaga por três mecanismos: condução, convecção e radiação. A condução ocorre quando o calor se propaga através de um material, como no caso da haste metálica. A convecção ocorre quando o calor se propaga através do movimento de fluidos, como no caso do ar ao redor da lâmpada. A radiação ocorre quando o calor se propaga através de ondas eletromagnéticas, como no caso da lâmpada incandescente.
1740) Durante um experimento científico, um cientista descobre uma nova substância pura e resolve batizá-la de NinaLinaK2.
Ao aquecer a substância, obtém-se a curva de aquecimento, a qual está representada no diagrama abaixo.
Considerando que, durante todo o processo, a substância recebeu calor, mantendo a pressão constante, analise as alternativas abaixo e marque a correta.
- A) NinaLinaK2 está sofrendo fusão entre os pontos 4 e 5.
- B) Na temperatura T3, NinaLinaK2 está sofrendo vaporização.
- C) Entre 3 e 4, NinaLinaK2 está no estado gasoso.
- D) A quantidade de calor necessária para fundir a NinaLinaK2 é maior do que a quantidade de calor necessária para vaporizá-la.
A alternativa correta é letra D) A quantidade de calor necessária para fundir a NinaLinaK2 é maior do que a quantidade de calor necessária para vaporizá-la.
Gabarito: LETRA D.
a) NinaLinaK2 está sofrendo fusão entre os pontos 4 e 5. INCORRETA.
Observando a curva de aquecimento, podemos notar que há dois trechos em que há fornecimento de calor, mas não há variação de temperatura. Logo, podemos afirmar que há duas mudanças de fase da substância: entre os pontos 2 e 3; e entre os pontos 4 e 5. Entre os pontos 2 e 3, ocorre a fusão da substância. Já entre os pontos 4 e 5, a substância sofre vaporização. Alternativa incorreta.
b) Na temperatura T3, NinaLinaK2 está sofrendo vaporização. INCORRETA.
Como vimos na alternativa anterior, a substância NinaLinaK2 sofre vaporização entre os pontos 4 e 5. Na temperatura T3, a substância encontra-se no estado gasoso. Alternativa incorreta.
c) Entre 3 e 4, NinaLinaK2 está no estado gasoso. INCORRETA.
Como vimos na alternativa anterior, a substância NinaLinaK2 sofre fusão entre os pontos 2 e 3. Dessa forma, a substância encontra-se no estado líquido entre os pontos 3 e 4. Alternativa incorreta.
d) A quantidade de calor necessária para fundir a NinaLinaK2 é maior do que a quantidade de calor necessária para vaporizá-la. CORRETA.
Note que o trecho entre os pontos 2 e 3, correspondente à fusão da NinaLinaK2, é mais longo que o trecho entre os pontos 4 e 5, correspondente à vaporização da substância. Dessa forma, podemos afirmar que a quantidade de calor necessária para a fusão da substância é maior do que a quantidade de calor necessária para vaporizá-la. Alternativa correta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).