Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1841) Uma pessoa precisa de 1 L de água a 50ºC para fazer uma compressa de água quente. Para isso, ela resolve misturar, no interior de uma garrafa térmica de capacidade térmica desprezível, uma certa quantidade de água à temperatura ambiente de 20ºC com uma outra quantidade de água a 100ºC que ela acabara de ferver. Assinale a alternativa que corresponde às quantidades de água a 20ºC e 100ºC que devem ser misturadas para que a pessoa consiga atingir seu objetivo.
(Dados: calor específico da água: 1 , frac {cal} {g.ºC}; densidade da água: 1 , frac {g} {cm^3};
- A) 100 g a 20℃ com 900 g a 100℃.
- B) 150 g a 20℃ com 850 g a 100℃.
- C) 500 g a 20℃ com 500 g a 100℃.
- D) 625 g a 20℃ com 375 g a 100℃.
- E) 775 g a 20℃ com 225 g a 100℃.
Let's break down the problem step by step. We want to find the quantities of water at 20°C and 100°C that need to be mixed to obtain 1 L of water at 50°C.
First, let's define the quantities of water at 20°C and 100°C as x and y, respectively. We know that the total quantity of water is 1 L, so we can write an equation:
x + y = 1000 g
Since the final temperature of the mixture is 50°C, we can use the principle of heat transfer to write another equation:
(x × 20°C) + (y × 100°C) = (1000 g × 50°C)
Simplifying this equation, we get:
20x + 100y = 50000
Now, we can solve this system of equations using substitution or elimination. Let's use substitution. Rearranging the first equation, we get:
y = 1000 - x
Substituting this into the second equation, we get:
20x + 100(1000 - x) = 50000
Simplifying and solving for x, we get:
x = 625 g
Now, we can find y:
y = 1000 - 625 = 375 g
Therefore, the correct answer is alternative D) 625 g at 20°C and 375 g at 100°C.
This solution makes sense because we need to mix a larger quantity of cooler water with a smaller quantity of hotter water to obtain the desired temperature.
1842) A temperatura do ar no interior de um laboratório de pesquisas permanece a 20℃ devido ao funcionamento de um aparelho de ar condicionado. No entanto o ambiente externo encontra-se a 30 ℃ e, por isso, ocorre um fluxo de calor para dentro do laboratório através de uma janela retangular de vidro, de 2,0 m de largura, 1,5 m de altura e 10 mm de espessura. Sabe-se que a condutividade térmica do vidro é de 0,8 frac {W} {m.K}.
Assinale a alternativa que corresponde ao fluxo de calor Phi que atravessa essa janela.
- A) Phi = 300 W.
- B) Phi = 600 W.
- C) Phi = 1200 W.
- D) Phi = 1800 W.
- E) Phi = 2400 W.
A resposta correta é a letra E) Φ = 2400 W.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o problema passo a passo. Temos uma janela retangular de vidro com 2,0 m de largura, 1,5 m de altura e 10 mm de espessura. Além disso, conhecemos a temperatura do ar no interior do laboratório (20°C) e a temperatura do ar externo (30°C). Isso significa que há uma diferença de temperatura entre o interior e o exterior do laboratório, o que causa um fluxo de calor para dentro do laboratório através da janela.
Para calcular o fluxo de calor, precisamos conhecer a condutividade térmica do vidro, que é de 0,8 W/m.K. Além disso, precisamos calcular a área da janela, que é dada por:
A = largura x altura = 2,0 m x 1,5 m = 3,0 m²
Com essas informações, podemos calcular o fluxo de calor (Φ) usando a fórmula:
Φ = k x A x (T_ext - T_int) / espessura
Onde k é a condutividade térmica do vidro, A é a área da janela, T_ext é a temperatura do ar externo, T_int é a temperatura do ar no interior do laboratório e espessura é a espessura da janela.
Substituindo os valores, obtemos:
Φ = 0,8 W/m.K x 3,0 m² x (30°C - 20°C) / 0,01 m = 2400 W
Portanto, a resposta certa é a letra E) Φ = 2400 W.
1843) Tendo por base os estudos sobre os estados físicos da matéria e as mudanças de estado físico, marcar C para as afirmativas Certas, E para as Erradas e, após, assinalar a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:
( ) Algumas substâncias, em condição ambiente, passam diretamente do estado sólido para o gasoso, como no caso da naftalina.
( ) A passagem de uma substância do estado sólido para o estado líquido chama‐se evaporação.
( ) Dependendo das condições em que o líquido se transforma, a vaporização recebe nomes diferentes: evaporação ou ebulição.
( ) No estado sólido, as moléculas encontram‐se, na maioria dos casos, muito próximas umas das outras, pois a atração entre elas é intensa.
- A) C ‐ C ‐ E ‐ C.
- B) E ‐ C ‐ C ‐ E.
- C) C ‐ E ‐ C ‐ C.
- D) E ‐ C ‐ E ‐ C.
- E) E ‐ C ‐ C ‐ C.
A alternativa correta é letra C) C ‐ E ‐ C ‐ C.
GABARITO LETRA C
( C ) Algumas substâncias, em condição ambiente, passam diretamente do estado sólido para o gasoso, como no caso da naftalina.
A naftalina sofre o processo de mudança de fase chamado sublimação, que é a passagem direta da fase sólida para a gasosa.
( E ) A passagem de uma substância do estado sólido para o estado líquido chama‐se evaporação.
A passagem de uma substância do estado sólido para o estado líquido chama‐se FUSÃO.
( C ) Dependendo das condições em que o líquido se transforma, a vaporização recebe nomes diferentes: evaporação ou ebulição.
passagem do líquido para o gasoso:
A Vaporização pode ocorrer de três formas: Evaporação, ebulição ou ainda calefação.
• Evaporação: é a mudança de fase do estado líquido para o gasoso de modo gradual, lento. Ela ocorre apenas na superfície do líquido e não é perceptível visualmente, pois não há o surgimento de bolhas nem agitação em seu interior.
• Ebulição: nesse caso, a passagem do estado líquido para o gasoso é causada por um aumento na temperatura, por isso é mais rápida que a anterior.
• Calefação: é uma vaporização muito mais rápida que as duas anteriores. Ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície que está com a temperatura mais elevada que seu ponto de ebulição.
( C ) No estado sólido, as moléculas encontram‐se, na maioria dos casos, muito próximas umas das outras, pois a atração entre elas é intensa.
Nesse estado, as partículas estão bem próximas umas às outras, com movimentação podendo ser considerada nula. As partículas estão organizadas, sua organização é percebida através da forma e volume fixos, sofrendo pouca ou nenhuma compressão.
GABARITO LETRA C
1844) Os lasers (amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) utilizados em termômetros podem ser desligados sem prejuízo da medição de temperatura. Isso deve-se ao fato de que a luz emitida serve apenas para indicar ao operador do termômetro qual região da superfície do corpo está sendo medida: o laser opera, portanto, apenas como a mira para indicar a região de interesse cuja temperatura avaliada.
Pergunte ao CREF (Centro de Referência para o Ensino de Física).
Internet: <www.if.ufrgs.br/novocref/> (com adaptações).
Acerca do termômetro infravermelho e sua utilização com laser, assinale a opção correta.
- A) O alto poder de penetração do laser vermelho utilizado torna seu uso perigoso; portanto, é cientificamente recomendável desativar essa funcionalidade ao operar o equipamento.
- B) A verificação de temperatura feita pelo termômetro infravermelho baseia-se na análise da radiação infravermelha emitida pela própria pessoa de quem se deseja aferir a temperatura.
- C) A utilização de laser azul em de laser vermelho nesse tipo de termômetro tornaria mais acurada a medida de temperatura, porém colocaria em risco a pessoa que porventura o utilizasse, em função de sua maior frequência e, portanto, maior poder de penetração nos tecidos.
- D) O funcionamento dos termômetros infravermelhos baseia-se na emissão de radiação ionizante: parte dessa radiação é absorvida pela superfície da qual se deseja conhecer a temperatura e outra parte é refletida, o que o aparelho mensure a temperatura.
- E) A radiação infravermelha emitida em forma de laser pelo termômetro tem por característica ser monocromática, coerente e colimada, propriedades que garantem a segurança e o correto mecanismo de funcionamento do termômetro.
A alternativa correta é letra B) A verificação de temperatura feita pelo termômetro infravermelho baseia-se na análise da radiação infravermelha emitida pela própria pessoa de quem se deseja aferir a temperatura.
A verificação de temperatura feita pelo termômetro infravermelho baseia-se na análise da radiação infravermelha emitida pela própria pessoa de quem se deseja aferir a temperatura.
Obs.: O laser é usado apenas para direcionamento do ponto onde se quer medir a temperatura.
GABARITO LETRA B
1845) Ao iniciar seu trabalho no corpo de bombeiros, um jovem é testado por um de seus colegas que lhe pergunta sobre queimaduras causada pelo contato da pele com vapor d’água e com água líquida. Para melhor explicar, apresenta a ele duas situações de exposição à água.
Se a primeira exposição ocorre com 100 g de água no estado gasoso à 100 ºC e a segunda com 100 g de água no estado líquido à mesma temperatura, qual a razão entre as quantidades de calor fornecidas pela primeira e a segunda exposição até atingirem a temperatura de 36 ºC?
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g.ºC; calor latente de fusão da água = 80 cal/g; temperatura de vaporização da água = 100 ºC.
- A) 0,25.
- B) 1,25.
- C) 1,80.
- D) 2,25
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
QUESTÂO ANULADA
Não foi fornecido o calor latente de vaporização da água que é de 540 cal/g
Q_{sensível}=m.C_p.Delta T
Q_{latente}=m.L
primeira exposição ocorre com 100 g de água no estado gasoso à 100 ºC
segunda com 100 g de água no estado líquido à mesma temperatura
Qual a razão entre as quantidades de calor fornecidas pela primeira e a segunda exposição até atingirem a temperatura de 36 ºC?
Dados:
calor específico da água = 1,0 cal/g.ºC;
calor latente de fusão da água = 80 cal/g;
temperatura de vaporização da água = 100 ºC.
A quantidade de energia da primeira exposição vai ser dada por,
Q_1 = m_1.L+m_1.c_p.Delta T
nessa exposição a água primeiramente sofre uma mudança de estado físico, passando de gasoso para líquido (condensação), e depois sofre uma variação de temperatura, indo de 100°C até 36°C.
Q_1 = 100.80 + 100.1.(100-36)=14400cal
A quantidade de energia da segunda exposição será:
Q_2 = m_2 .c_p.Delta T
Nessa caso não há mudança de estado físico, apenas variação de temperatura pois a água já se encontra em estado líquido, logo:
Q_2 = 100.1.(100-36)=6400cal
Calculando a razão, temos:
frac{Q_1}{Q_2}=frac{14400}{6400}=2,25
QUESTÂO ANULADA POR FALTA DE INFORMALÇÕES
1846) Considerando as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit, assinale a alternativa correta.
- A) 0°C equivale a 32°F.
- B) 32°C equivalem a 0°F.
- C) 212°K equivalem a 100°F.
- D) 0°C equivale a -32°F.
- E) 37°K equivalem a 212°F.
A alternativa correta é letra A) 0°C equivale a 32°F.
Considerando as escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit, assinale a alternativa correta.
Usaremos as seguintes equações para conversões
De Celsius para Fahrenheit
frac{T_C}{5}=frac{T_F-32}{9}
De Kelvin para Fahrenheit
frac{T_K-275}{5}=frac{T_F-32}{9}
a) 0°C equivale a 32°F.
Substituindo 32°F na equação temos
frac{T_C}{5}=frac{T_F-32}{9}
frac{T_C}{5}=frac{32-32}{9}
T_c = 5.0=0°C
GABARITO LETRA A
1847) O alcoolômetro Gay Lussac é um instrumento destinado a medir o teor de álcool, em porcentagem de volume (v/v), de soluções de água e álcool na faixa de 0 °GL a 100 °GL, com divisões de 0,1 °GL. A concepção do alcoolômetro se baseia no princípio de flutuabilidade de Arquimedes, semelhante ao funcionamento de um densímetro. A escala do instrumento é aferida a 20 °C, sendo necessária a correção da medida, caso a temperatura da solução não esteja na temperatura de aferição. É apresentada parte da tabela de correção de um alcoolômetro, com a temperatura.
Tabela de correção do alccolômetro com
temperatura 20º C
Manual alcoolômetro Gay Lussac. Disponível em: www.incoterm.com.br. Acesso em: 4 dez. 2018 (adaptado).
É necessária a correção da medida do instrumento, pois um aumento na temperatura promove o(a)
- A) aumento da dissociação da água.
- B) aumento da densidade da água e do álcool.
- C) mudança do volume dos materiais por dilatação.
- D) aumento da concentração de álcool durante a medida.
- E) alteração das propriedades químicas da mistura álcool e água.
Resposta:
A alternativa correta é a letra C) mudança do volume dos materiais por dilatação.
Explicação:
Quando a temperatura aumenta, o volume dos materiais também aumenta, isso ocorre devido à dilatação térmica. Isso significa que a substância se expande quando a temperatura aumenta. No caso do álcool e da água, essa expansão causa uma mudança no volume da mistura.
Isso é importante porque o alcoolômetro Gay-Lussac é calibrado para uma temperatura específica (20°C). Se a temperatura da solução for diferente, a medida do teor alcoólico também será afetada. Portanto, é necessário corrigir a medida para obter o resultado correto.
Aumentos na temperatura causam mudanças no volume dos materiais, o que afeta a densidade e a concentração da mistura. Isso pode levar a erros na medida do teor alcoólico se não forem feitas as devidas correções.
O princípio de flutuabilidade de Arquimedes, que é o princípio por trás do funcionamento do alcoolômetro, é afetado pela mudança no volume dos materiais. Portanto, é fundamental considerar a temperatura da solução ao realizar a medida.
O ajuste da medida para a temperatura correta é crucial para obter resultados precisos e confiáveis.
1848) Na cidade de São Paulo, as ilhas de calor são responsáveis pela alteração da direção do fluxo da brisa marítima que deveria atingir a região de mananciais. Mas, ao cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que transfere para ela energia térmica absorvida das superfícies quentes da cidade, deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no centro da cidade, em vez de na região de mananciais. A imagem apresenta os três subsistemas que trocam energia nesse fenômeno.
No processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo, há dois mecanismos dominantes de transferência de calor: entre o Sol e a ilha de calor, e entre a ilha de calor e a brisa marítima.
VIVEIROS, M. Ilhas de calor afastam chuvas de represas. Disponível em: www2.feis.unesp.br. Acesso em: 3 dez. 2019 (adaptado).
Esses mecanismos são, respectivamente,
- A) irradiação e convecção.
- B) irradiação e irradiação.
- C) condução e irradiação.
- D) convecção e irradiação.
- E) convecção e convecção.
As ilhas de calor na cidade de São Paulo alteram a direção do fluxo da brisa marítima, que deveria atingir a região de mananciais. Ao cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que transfere para ela energia térmica absorvida das superfícies quentes da cidade, deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no centro da cidade, em vez de na região de mananciais.
No processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo, há dois mecanismos dominantes de transferência de calor: entre o Sol e a ilha de calor, e entre a ilha de calor e a brisa marítima.
A resposta correta é a letra A) irradiação e convecção.
Explicação: No processo de transferência de calor entre a ilha de calor e a brisa marítima, ocorre a irradiação, que é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas, e a convecção, que é a transferência de calor por meio do movimento de fluidos.
O mecanismo de irradiação ocorre entre o Sol e a ilha de calor, pois o Sol emite radiação eletromagnética que é absorvida pela ilha de calor, aumentando sua temperatura.
Já o mecanismo de convecção ocorre entre a ilha de calor e a brisa marítima, pois a brisa marítima, ao cruzar a ilha de calor, absorve energia térmica e se desloca para altas altitudes, condensando e formando nuvens que geram chuvas fortes no centro da cidade.
Portanto, a resposta correta é a letra A) irradiação e convecção, pois esses dois mecanismos de transferência de calor são os principais responsáveis pelo processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo.
1849) Na montagem de uma cozinha para um restaurante, a escolha do material correto para as panelas é importante, pois a panela que conduz mais calor é capaz de cozinhar os alimentos mais rapidamente e, com isso, há economia de gás. A taxa de condução do calor depende da condutividade k do material, de sua área A, da diferença de temperatura Delta T e da espessura d do material, sendo dada pela relação {large{Delta Q over Delta t}}=k, A {large{Delta T over d}}. Em panelas com dois materiais, a taxa de condução é dada por {large{Delta Q over Delta t}}=A {large{Delta T over large{d_1 over k_1}+large{d_2 over k_2}}}, em que d_1 e d_2 são as espessuras dos dois materiais, e k_1 e k_2 são as condutividades de cada material. Os materiais mais comuns no mercado para panelas são o alumínio (k = 20 W/m K), o ferro (k = 8 W/m K) e o aço (k = 5 W/m K) combinado com o cobre (k = 40 W/m K).
Compara-se uma panela de ferro, uma de alumínio e uma composta de large{1 over 2} da espessura em cobre e large{1 over 2} da espessura em aço, todas com a mesma espessura total e com a mesma área de fundo.
A ordem crescente da mais econômica para a menos econômica é
- A) cobre-aço, alumínio e ferro.
- B) alumínio, cobre-aço e ferro.
- C) cobre-aço, ferro e alumínio.
- D) alumínio, ferro e cobre-aço.
- E) ferro, alumínio e cobre-aço.
O correto é a alternativa B) alumínio, cobre-açô e ferro.
Para entender isso, precisamos analisar a condutividade térmica de cada material. A condutividade térmica é a capacidade de um material em conduzir calor. Quanto maior a condutividade térmica, mais rápido o material conduz o calor.
No caso das panelas, a escolha do material correto é fundamental para que os alimentos sejam cozidos rapidamente e de forma eficiente, economizando gás. Os materiais mais comuns no mercado para panelas são o alumínio (k = 20 W/mK), o ferro (k = 8 W/mK) e o aço (k = 5 W/mK) combinado com o cobre (k = 40 W/mK).
Comparamos uma panela de ferro, uma de alumínio e uma composta de 1/2 da espessura em cobre e 1/2 da espessura em aço, todas com a mesma espessura total e a mesma área de fundo.
Para determinar a ordem crescente da mais econômica para a menos econômica, precisamos analisar a taxa de condução de calor de cada material. A taxa de condução de calor depende da condutividade k do material, da área A, da diferença de temperatura ΔT e da espessura d do material.
Aplicando a fórmula para a taxa de condução de calor, obtemos:
Para a panela de ferro: ΔQ/Δt = k * A * ΔT / d
Para a panela de alumínio: ΔQ/Δt = k * A * ΔT / d
Para a panela composta de cobre e aço: ΔQ/Δt = A * ΔT / (d_1 / k_1 + d_2 / k_2)
Substituindo os valores, obtemos:
Para a panela de ferro: ΔQ/Δt = 8 * A * ΔT / d
Para a panela de alumínio: ΔQ/Δt = 20 * A * ΔT / d
Para a panela composta de cobre e aço: ΔQ/Δt = A * ΔT / (d/40 + d/5)
Analisando as equações, vemos que a taxa de condução de calor é maior para o alumínio, seguido do composto de cobre e aço, e por fim o ferro.
Portanto, a ordem crescente da mais econômica para a menos econômica é: alumínio, cobre-açô e ferro, que é a alternativa B.
1850) Quando um líquido entra em contato com uma massa significativamente mais quente que seu ponto de ebulição, uma camada isolante de vapor é produzida entre os dois, evitando queo líquido evapore rapidamente. A figura a seguir ilustra um modelo para esse efeito, conhecido como efeito Leidenfrost: uma gota d’água de formato cilíndrico, com densidade d, altura h, área de base A e temperatura Tg, flutua sobre uma camada de vapor com condutividade térmica k, a uma altura Y acima de uma frigideira com temperatura Tf.
Considerando as informações e a ilustração precedentes, julgue o item subsequente, admitindo que a condução seja a principal forma de transmissão de energia da frigideira para a gota.
Se as temperaturas da frigideira Tf e da gota d’água Tg forem constantes durante toda a vaporização da gota d’água, a taxa com que a energia é conduzida da frigideira para a gota será diretamente proporcional a Y.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é B) Errado
A razão pela qual a afirmativa é errada é que a taxa de condutividade de energia da frigideira para a gota d'água não é diretamente proporcional à altura Y. Isso ocorre porque a condutividade de energia entre a frigideira e a gota d'água é influenciada por vários fatores, como a condutividade térmica do vapor (k), a área de base (A) e a altura (h) da gota d'água, além da temperatura da frigideira (Tf) e da gota d'água (Tg).
Além disso, o efeito Leidenfrost, que é o fenômeno descrito na figura, ocorre devido à formação de uma camada de vapor isolante entre a gota d'água e a frigideira, o que dificulta a transferência de energia entre as duas superfícies. Portanto, a taxa de condutividade de energia não é diretamente proporcional à altura Y, mas sim é influenciada por uma série de fatores que afetam a transferência de energia entre a frigideira e a gota d'água.
Em resumo, a afirmativa é errada porque não leva em conta os vários fatores que influenciam a condutividade de energia entre a frigideira e a gota d'água, e assume uma relação direta e proporcional que não existe.