Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1821) Um sistema de termoterapia é constituído de uma banheira de material isolante térmico, onde a água é aquecida. A banheira, de volume interno igual a 0,50 m3, é preenchida com água na temperatura ambiente, TA = 30 ºC. Antes do início da seção de termoterapia, a água deve ser aquecida até T = 45 ºC. Um banco de resistores é usado para aquecer a água em apenas 20 min. Supondo que todo calor produzido pelo banco de resistores é transmitido à água, calcule a potência elétrica do banco de resistores. Dados: densidade da água = 1000 kg/m3, calor específico da água = 4000 J/kg.ºC, 1 kW = 103 W.
- A) 5,0 kW
- B) 10 kW
- C) 15 kW
- D) 20 kW
- E) 25 kW
A alternativa correta é letra E) 25 kW
Para o cálculo da potência, precisamos inicialmente encontrar a quantidade de calor necessária para aquecer a água contida na banheira. A equação que fornece a quantidade de calor para que a água sofra uma alteração na sua temperatura é:
Q = m , c , Delta theta tag{1}
Onde (m) é a massa de água contida na banheira, (c) o calor específico da água e (Delta theta) a variação de temperatura. Através da densidade da água, podemos calcular a massa:
rho = dfrac{m}{V}
m = rho cdot V
m= 1,000 cdot 0,5
m=500,kg
A variação de temperatura sofrida pela água é:
Delta theta = T - T_A
Delta theta = 45-30
Delta theta = 15^circ C
Substituindo na equação (1):
Q=m,c,Delta theta
Q = 500 cdot 4,000 cdot 15
Q = 30,000,000,J
Q = 3times 10^7,J
A potência (P) será:
P = dfrac{Q}{Delta t}
Onde (Delta t) é o tempo em segundos. Como Delta t = 20,mbox{min}:
Delta t = 20,mbox{min } = 20 times 60 , mbox{s}
Delta t = 1,200,mbox{s}
Retornando na expressão da potência:
P = dfrac{3times 10^7}{1,200}= dfrac{3times 10^cancelto{5}{7}}{12cancel{00}}
P= dfrac{3times 10^5}{12} color{green}{dfrac{(div 3)}{(div 3) }} = dfrac{1 times 10^5}{4}
P = 0,25 times 10^5 = 2,5 times 10^4,W
As alternativas estão em kW, podemos reescrever o resultado acima para visualizarmos melhor a conversão:
P = 2,5 times 10 times color{orange}{10^3,W}
Sendo 1 kW = 103 W, podemos ver que o termo destacado equivale a 1 kW. Substituindo:
P=2,5times 10,color{orange}{kW}
bbox[8px, border: 2px solid black]{color{#3498db}{P = 25,kW}}
Sendo assim, a potência elétrica do banco de resistores é de 25 kW.
1822) Um líquido A de massa igual a 230 g, que está a uma temperatura de 100 ºC, foi misturado a um líquido B de massa igual a 230 g, que está a uma temperatura de 0 ºC. Considerando essas informações, que a temperatura final da mistura registrada foi de 50 ºC e desprezando as perdas para o meio ambiente, julgue o item a seguir.
O calor específico dos líquidos A e B são iguais.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
Gabarito: CERTO.
Desprezando as perdas para o meio ambiente, podemos afirmar que a soma das quantidades de calor é nula, ou seja:
Q_A + Q_B = 0
Logo,
m_A cdot c_A cdot Delta T_A + m_B cdot c_B cdot Delta T_B = 0
230 cdot c_A cdot left( 50 - 100 right) + 230 cdot c_B cdot left( 50 - 0 right) = 0
-11500 cdot c_A + 11500 cdot c_B = 0
c_A = c_B
Portanto, o item está certo.
1823) Um corpo de 500 g com calor específico igual a 0,47 cal/g°C tem sua temperatura variando de 300 K para 167°F.
A razão entre a quantidade de calor sensível e a capacidade térmica desse corpo é:
- A) 27
- B) 48
- C) 75
- D) 181
A alternativa correta é letra B) 48
Prezados alunos,
A quantidade de calor sensível recebida ou cedida por um corpo de massa m é dada pela seguinte equação:
Q = m cdot c cdot trianglephi
Onde c é o calor específico do corpo em left ( dfrac {cal}{g °C}right ) e trianglephi é a variação de temperatura do corpo.
Por outro lado, temos que capacidade térmica C de um corpo indica a quantidade de calor que o mesmo deve trocar para variar sua temperatura em 1 ºC. A capacidade térmica é dada por:
C = m cdot c
Onde c é o calor específico do corpo de massa m.
Notem alunos que o examinador solicitou a razão entre a quantidade de calor sensível e a capacidade térmica desse corpo. Desse modo teremos:
dfrac {Q}{C} = dfrac {m cdot c cdot trianglephi}{m cdot c}
Simplificando a razão acima, podemos escrever a razão dfrac {Q}{C} :
dfrac {Q}{C} = trianglephi
Agora visualizamos facilmente que a razão entre a quantidade de calor sensível e a capacidade térmica é determinada pela variação de temperatura do corpo de massa m.
Iremos agora determinar a variação de temperatura. Observem que o examinador apresentou uma temperatura inicial (medida em grau Kelvin K) e uma temperatura final (medida em grau Fahrenheit o F).
Entretanto, notem que tanto a quantidade de calor sensível quanto a capacidade térmica são medidas em função da variação da temperatura em graus Celsius o C. Então, precisaremos transformar as temperatura inicial e final em Celsius para, por fim, determinar a variação de temperatura.
Lembrando das relações entre as escalas Kelvin e Celsius:
K = C + 273
Convertendo a temperatura inicial dada em Kelvin para Celsius teremos:
C = 300 - 273
boxed{ C = 27 ,, ^circ C}
Agora recordemos a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit:
dfrac {C}{5} = dfrac {F - 32}{9}
Convertendo a temperatura final dada em Fahrenheit para Celsius teremos:
C = 5 times left (dfrac{167 - 32}{9} right)
C = 5 times 15
boxed {C = 75 ,, ^ circ C}
E finalmente podemos calcular o foi determinado no enunciado:
dfrac {Q}{C} = trianglephi
dfrac {Q}{C} = 75 - 27
boxed {dfrac {Q}{C} = 48}
Analisando todas as alternativas, concluímos que o gabarito é a letra B.
1824) Um físico precisa fundir 50 kg de um determinado material. Pensando em não desperdiçar energia, ele pega um bloco extra de 1 kg desse material como amostra, inicialmente na temperatura de 20°C, e realiza duas etapas sucessivas de aquecimento, fornecendo 16 kcal em cada uma delas. Suas anotações são mostradas na tabela a seguir:
Etapas de Aquecimento (16 kcal)
Temperatura final do sistema
1ª Etapa
60°C
2ª Etapa
90°C
Considerando a temperatura inicial do material em 20 °C e que sua temperatura de fusão é constante, a quantidade mínima de energia, em kcal, necessária para fundir os 50 kg de material, é:
- A) 800
- B) 1400
- C) 1600
- D) 2500
- E) 3900
A alternativa correta é letra E) 3900
Na etapa 01, verificamos apenas aquecimento sem transformação de matéria.
Q_1 = m c Delta T
16 = 1,0 times c times 40
c = 0,4 , kcal/kg °C
Na etapa 02, temos dois fenômenos, sendo o primeiro o aquecimento e o segundo o derretimento.
Q_2 = m c Delta T + m L
16 = 1,0 times 0,4 times 30 + 0,08 times L
L = 50 kcal/kg
Para aquecer os 50 kg,
Q_{50} = 50 times 0,4 times (90 - 20) + 50 times 50 = 3.900 , kcal
Gabarito: LETRA E.
1825) Um médico criou sua própria escala de temperaturas para classificar a febre de seus pacientes em cinco níveis, de acordo com o quadro.
Classificação
Leve
Moderada
Alta
Preocupante
Perigosa
A relação entre as temperaturas de um paciente febril (θ) e o nível de febre, segundo a classificação desse médico, segue um padrão linear e está representada no gráfico.
Um paciente teve sua temperatura corporal medida, obtendo- -se o valor 40,5 ºC. Segundo a classificação criada pelo médico citado, a febre desse paciente será classificada
- A) entre alta e preocupante.
- B) como preocupante.
- C) entre leve e moderada.
- D) como moderada.
- E) entre preocupante e perigosa.
A alternativa correta é letra A) entre alta e preocupante.
Verificando os intervalos
dfrac{42-37}{5-1} = 1,25
Dessa forma, temos a seguinte tabela:
| 37 |
| 38,25 |
| 39,50 |
| 40,75 |
| 42 |
Dessa forma, a febre de 40,5 graus está entre alta e preocupante.
Gabarito: LETRA A.
1826) Um mergulhador, em alto mar, viu uma bolha de ar, de volume inicial V0, formando-se a 20 metros de profundidade abaixo da superfície do mar. Essa bolha subiu até a superfície com a temperatura constante durante todo o trajeto.
Considerando o ar dentro da bolha como um gás ideal e a densidade da água d = 1,0g/cm3, o volume final VF da bolha, ao atingir a superfície, é de:
- A) VF = 0,5.V0
- B) VF = V0
- C) VF = 2.V0
- D) VF = 3.V0
A alternativa correta é letra D) VF = 3.V0
Pela lei dos gases ideais, lembremos que:
Pcdot V = ncdot Rcdot T tag 1
Considerando n e R constantes, podemos escrever:
frac{PV}{T}=frac{P'V'}{T'}tag 2
A temperatura da bolha permanece constante durante a subida da bolha. Entretanto ocorrera alteração na pressão e volume iniciais da bolha.
A pressão sobre a bolha a 20,m de profundidade será:
P=P_{atm} + sigma g h
P=1,atm+ 10^3,frac{kg}{dcm^3}times10times20
P=1,atm+ 2cdot10^5,Pa
P=1,atm+ 2,atm=3,atm
Substituindo esses valores na equação (2):
frac{PV}{T}=frac{P'V'}{T'}
frac{3PV}{T}=frac{PV'}{T}
V'=3V
Observação: Quando a bolha alcança a superfície a pressão sobre a bolha passa a ser de 1,atm.
E assim concluímos que o nosso gabarito é a letra D.
Gabarito: D
1827) Analise as afirmativas a seguir:
I. Apesar de sua baixa concentração, o vapor d’água é um constituinte atmosférico importantíssimo por interferir na distribuição da temperatura. Ele participa ativamente dos processos de absorção e emissão de calor sensível para a atmosfera e, ao mesmo tempo, atua como veículo de energia ao transferir calor latente de evaporação de uma região para outra, o qual é liberado como calor sensível, quando o vapor se condensa.
II. Sob o ponto de vista termodinâmico, a atmosfera é um sistema fechado (não há intercâmbio de massa com a superfície terrestre ou com o espaço), multicomponente, com várias fases envolvidas, tais como ganho e perdas de energia, além da dispersão de massa.
III. O ar atmosférico é constituído por diferentes gases que estão agregados à superfície terrestre pela atração da gravidade. Não existe um limite superior para a atmosfera no sentido físico, verificando-se apenas uma progressiva rarefação do ar com a altitude. Para estudos em meteorologia, frequentemente se considera que a atmosfera terrestre possui entre 80 e 100 km de espessura.
Marque a alternativa CORRETA:
- A) Nenhuma afirmativa está correta.
- B) Apenas uma afirmativa está correta.
- C) Apenas duas afirmativas estão corretas.
- D) Todas as afirmativas estão corretas.
A alternativa correta é letra C) Apenas duas afirmativas estão corretas.
Analisando uma a uma,
CORRETA. A questão descreve corretamente o mecanismo de funcionamento do chamado "Ciclo da Água".
ERRADO. A questão erra ao final ao dizer que tem ganho e perda de energia com dispersão de massa. Justamente por ser fechado, isso não ocorre. Alguns ousam dizer que a massa da terra a n anos atrás é igual a massa da terra atualmente (não se alterou significativamente). Digo significativamente, pois corpos intrusos (meteoros, por exemplo) podem entrar na terra e aqui permanecer, não gerando, entretanto, alteração perceptível.
CORRETA. A parte que poderia causar dúvidas é o tamanho da espessura. Entretanto, está dentro do que a meteorologia prega.
Gabarito: LETRA C.
1828) Pesquisadores do Instituto Federal de Educação do Estado de Ceará – IFCE (Fortaleza) das áreas de Telemática e Indústria desenvolveram um equipamento para desinfecção de ambientes utilizando a radiação ultravioleta (voltados para ajudar na esterilização de superfícies contaminadas pelo novo vírus Covid- 19). Sobre a compreensão do fenômeno da radiação eletromagnética marque a alternativa incorreta:
- A) A radiação se propaga no espaço na forma de onda com velocidade definida (inclusive no vácuo);
- B) Uma onda caracteriza-se pelo transporte de energia sem o transporte de matéria e possui uma determinada frequência;
- C) As ondas eletromagnéticas se distribuem em um amplo espectro de frequência e uma parte é detectada pela visão em cores diferentes (a luz);
- D) As ondas ultravioletas possuem frequência acima das da luz visível;
- E) As ondas infravermelhas possuem comprimento de onda menores que as da luz visível e são responsáveis pelo transporte de energia na transmissão por irradiação;
A alternativa correta é letra E) As ondas infravermelhas possuem comprimento de onda menores que as da luz visível e são responsáveis pelo transporte de energia na transmissão por irradiação;
Vamos à análise das alternativas:
a) A radiação se propaga no espaço na forma de onda com velocidade definida (inclusive no vácuo); Verdadeiro.
A radiação eletromagnética é uma forma de energia que se propaga no vácuo com a velocidade da luz. Exemplos: ondas de rádito, TV, luz solar, ondas de celular etc.
b) Uma onda caracteriza-se pelo transporte de energia sem o transporte de matéria e possui uma determinada frequência; Verdadeiro.
c) As ondas eletromagnéticas se distribuem em um amplo espectro de frequência e uma parte é detectada pela visão em cores diferentes (a luz); Verdadeiro.
A parte que é detectada pela visão em cores diferentes (a luz) também é conhecida como espectro visível.
d) As ondas ultravioletas possuem frequência acima das da luz visível; Verdadeiro.
Abaixo observamos o gráfico de comprimentos de onda do espectro:
O comprimento de onda lambda e a frequência estão relacionados pela equação geral das ondas:
v=lambda f
Onde v é a velocidade de propagação da onda eletromagnética.
e) As ondas infravermelhas possuem comprimento de onda menores que as da luz visível e são responsáveis pelo transporte de energia na transmissão por irradiação; Falso.
Pelo gráfico do item anterior, notamos que a afirmação contraria a escala de comprimentos de onda do espectro.
Gabarito: E
1829)
A junção de diversas peças idênticas formando um padrão xadrez é mostrada na figura abaixo. Nela, se vê que o padrão alterna entre peças de latão e de aço. Sabe-se que essa estrutura tem sua extremidade esquerda mantida à 100℃, ao passo em que a extremidade direita é mantida à 0 ℃ . Ao atingir o regime estacionário, determine o fluxo de calor total. Dados: as condutibilidades térmicas do latão e do aço valem respectivamente 0,2 cal/cm.s.ºC e 0,1 cal/cm.s.ºC, a área das peças é de 13 cm2 e a espessura de 2cm.
- A) 65 cal/s
- B) 70 cal/s
- C) 75 cal/s
- D) 80 cal/s
- E) 85 cal/s
A alternativa correta é letra A) 65 cal/s
O fluxo de calor que flui por uma determinada estrutura é dada por:
phi=frac{kADelta{T}}{e}
Onde A é a área da seção transversal das peças metálicas, K é a condutividade térmica, T é a temperatura e e é a espessura dos materiais. Podemos fazer uma analogia do problema de fluxo de energia térmica com os circuitos elétricos, do seguinte modo:
phi=frac{kADelta{T}}{e},longrightarrow,phi=frac{Delta{T}}{R_T}tag 1
Onde R_T será a nossa resistência térmica.
frac{1}{R_T}=frac{kA}{e}
R_T=frac{e}{kA}
R_{latão}=frac{2}{0,2cdot13}=frac{10}{13}
R_{aço}=frac{2}{0,1cdot13}=frac{20}{13}
Notem, caros aluno, que em cada seção de 2cm (no total de 3 seções) temos duas resistências térmicas em paralelo (uma do aço e uma de latão).
Portanto, a resistência térmica total equivalente será:
R_{eq}=3timesfrac{frac{10}{13}timesfrac{20}{13}}{frac{10}{13}+frac{20}{13}}=frac{20}{13}
Pela equação 1 temos que:
phi=frac{Delta{T}}{R_T}
phi=frac{100}{frac{20}{13}}=65,Cal/s
Gabarito: A
1830) Suponha que um gás absorva uma quantidade de calor “Q” em uma transformação isovolumétrica. Sendo “T” o trabalho que ele realiza e “DeltaU” a variação de sua energia interna, podemos afirma que:
- A) T = Q e DeltaU = 0
- B) T = 0 e DeltaU = 0
- C) T = 0 e DeltaU = Q
- D) T = Q e DeltaU = Q
- E) Q = 0 e DeltaU = T
A alternativa correta é letra C) T = 0 e DeltaU = Q
Como a transformação é isovolumétrica, não haverá variação de volume do sistema, logo o trabalho T será nulo. Portanto, toda a energia fornecida ao sistema na forma de calor Q será convertida na variação da energia interna do gás:
Delta{U}=Q-T
Delta{U}=Q-cancelto{0}{T}
Delta{U}=Q
Gabarito: C