Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1851) A taxa metabólica basal de um adulto é, em média, de 120 W. Ou seja, essa é a taxa com que esse adulto, quando em repouso, converte a energia química contida nos alimentos em energia térmica. Por serem animais homeotérmicos, os seres humanos apresentam a capacidade de controlar sua temperatura corpórea, mantendo-a aproximadamente constante. Assim, quando em repouso, devem transferir energia para o ambiente a uma taxa igual à taxa metabólica basal. Considere que uma pessoa de 80 kg esteja dormindo em um local, onde, em 2 h, a temperatura ambiente se eleva de 20 ºC para 23 ºC. Considerando a taxa metabólica basal citada anteriormente, o calor específico médio do corpo dessa pessoa é de
- A) 3,6 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
- B) 2,4 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
- C) 4,2 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
- D) 5,8 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
- E) 6,4 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
A alternativa correta é letra A) 3,6 x 103 frac{J}{Kg.ºC}
Pessoal, precisamos aplicar diretamente a fórmula de calor.
Reparem que foi dado uma unidade de potência com a respectiva carga horária envolvida.
Q = m c Delta T
P times Delta t = m c Delta T
120 times 2 times 3.600 = 80 times c times (23 - 20)
c = 3.600 , dfrac{J}{kg ºC}
c = 3,6 times 10^3 , dfrac{J}{kg ºC}
Gabarito: LETRA A.
1852) Uma placa de aço e uma placa de alumínio são unidas de modo a formar uma placa bimetálica de comprimento L e lado a (L>>a).
- A) os materiais que constituem a placa bimetálica possuem coeficientes de expansão térmica muito distintos.
- B) o calor latente do material faz com que a placa bimetálica se curve, quando submetida a algum processo termodinâmico.
- C) o aquecimento do material faz com que a temperatura varie de modo anisotrópico na junção, causando a curvatura.
- D) a agitação molecular devido ao aumento de temperatura é o principal motivo para a deformação da barra, curvando-a para o lado do alumínio.
- E) o arranjo cristalográfico de cada material varia com a mudança de temperatura.
A resposta correta é a letra A) os materiais que constituem a placa bimetálica possuem coeficientes de expansão térmica muito distintos.
Isso ocorre porque, a expansão térmica é uma propriedade característica de cada material, e quando você combina dois materiais com coeficientes de expansão térmica diferentes, como o aço e o alumínio, em uma placa bimetálica, a diferença entre esses coeficientes faz com que a placa curve quando submetida a mudanças de temperatura.
Quando a temperatura aumenta, o material com coeficiente de expansão térmica mais alto (no caso, o alumínio) se expande mais do que o outro material (o aço), causando a curvatura da placa. E vice-versa, quando a temperatura diminui, o material com coeficiente de expansão térmica mais baixo se contrai mais do que o outro, também causando a curvatura da placa.
Essa propriedade é justamente a razão pela qual as placas bimetálicas são usadas como termostatos, pois elas podem ser projetadas para fazer ou desfazer contatos elétricos a uma temperatura específica, controlando assim a temperatura em dispositivos.
Portanto, a alternativa A é a correta, pois a diferença nos coeficientes de expansão térmica dos materiais que constituem a placa bimetálica é o principal motivo para a curvatura da placa quando submetida a mudanças de temperatura.
1853) Numa noite fria, o termômetro estava marcando a temperatura de 12,2 ºF. Na escala termométrica Celsius, essa temperatura, equivale a:
- A) -13℃
- B) -9℃
- C) -15℃
- D) -7℃
- E) -11℃
A alternativa correta é letra E) -11℃
Para convertermos diretamente uma temperatura F dada em °F para uma temperatura C dada em °C, ou vice-versa, podemos utilizar a seguinte relação:
dfrac{C}{5} = dfrac{F - 32}{9}
Esta expressão vem da proporção existente entre as duas escalas quando comparamos três pontos correspondentes entre elas.
Geralmente utilizamos as temperaturas de vaporização e solidificação da água para encontrar uma terceira temperatura conhecida em apenas uma das duas escalas.
Substituindo o valor de F dado no enunciado para encontrar o valor de C teremos:
dfrac{C}{5} = dfrac{12,2 - 32}{9}
dfrac{C}{5} = dfrac{-19,8}{9}
C = dfrac{-19,8 cdot 5}{9}
C = dfrac{-99}{9}
C = -11
Na escala termométrica Celsius, a temperatura de 12,2°F equivale a - 11°C.
Resposta correta: Alternativa E
Questão 1854
Com base nas informações apresentadas e nos conhecimentos de Termometria, a conclusão a que a pessoa chegou foi que ela estava com
- A) 35,0° C, indicando um quadro de hipotermia.
- B) 36,0° C, temperatura considerada dentro da normalidade.
- C) 37,0° C, ou seja, temperatura normal.
- D) 38,0° C, indicando um quadro febril.
- E) 39,0° C, indicando um quadro de febre muito alta.
A alternativa correta é letra D) 38,0° C, indicando um quadro febril.
Dados
- uma mistura de água + gelo, – indicado na figura como a primeira marca tracejada à esquerda = 0°C, corresponde à 0cm
- o seu corpo, – indicado como a marca tracejada intermediária = T
- uma mistura de água + vapor, – indicado como a marca mais à direita = 100°C, corresponde à 20cm.
Podemos fazer uma interpolação e determinar o valor da temperatura correspondente aos 7,6cm.
frac{T-0}{100-0}=frac{7,6-0}{20-0}
frac{T}{100}=frac{7,6}{20}
T = 38°C
1855) Na viagem de instrução que ocorre anualmente, o Navio Escola Brasil (U27) encontrava-se atracado no porto de Baltimore, nos Estados Unidos (EUA). Ao descer a prancha do navio e andar poucos metros pelo porto, um militar componente da tripulação do navio observa o painel de um termômetro marcando 41F (Fahrenheit). Qual seria a indicação do painel se a temperatura estivesse sendo exibida em graus Celsius?
- A) 5ºC
- B) 10ºC
- C) 15ºC
- D) 20ºC
- E) 25ºC
A alternativa correta é letra A) 5ºC
A questão conta uma história apenas de contexto que não precisa ser lida para resolver a questão.
Para resolver, precisamos aplicar diretamente a fórmula de transformação de graus Celsius para Fahrenheit.
T_C = dfrac{T_F - 32} {1,8}
T_C = dfrac{9}{1,8} = 5° , C
Em questões assim as vezes o examinador fornece graus Kelvin. Não foi o caso dessa questão, mas se fosse, primeiro precisamos transformar em graus Celsius.
Gabarito: LETRA A.
1856) Em um dia ensolarado, a beira do mar, um banhista introduz uma pedra de gelo de 50g, a 0ºC, em uma garrafa térmica, contendo 250g de água a 25ºC, e a fecha. Desconsidere as trocas de calor com a garrafa. Calcule a temperatura de equilíbrio do sistema, em ºC, inicialmente formado por água e gelo, no interior da garrafa, e assinale a opção correta.
- A) 0
- B) 2.5
- C) 5
- D) 7.5
- E) 10
Resposta: D) 7.5°C
Vamos resolver essa questão de termologia passo a passo.
Primeiramente, precisamos encontrar a variação de temperatura que a água sofreu. Para isso, precisamos considerar a quantidade de calor que o gelo absorveu para se fundir e a quantidade de calor que a água cedeu para chegar à temperatura de equilíbrio.
O calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g, portanto, para fundir 50g de gelo, é necessário 50g x 80 cal/g = 4000 cal.
Agora, precisamos calcular a variação de temperatura da água. A água inicialmente estava à 25°C e, ao final, estará à temperatura de equilíbrio. Vamos chamar essa temperatura de x°C.
A variação de temperatura da água é de 25°C - x°C. O calor específico da água é de 1,0 cal/g°C, portanto, a variação de calor da água é de 250g x 1,0 cal/g°C x (25°C - x°C) = 250 cal/°C x (25°C - x°C).
Agora, podemos equacionar as duas expressões de calor:
250 cal/°C x (25°C - x°C) = 4000 cal
Resolvendo essa equação, encontramos:
x°C = 7.5°C
Portanto, a temperatura de equilíbrio do sistema é de 7.5°C, que é a alternativa D.
Explicação: A temperatura de equilíbrio é a temperatura que o sistema alcança quando não há mais troca de calor entre os componentes. Nesse caso, o gelo fundiu e a água perdeu calor até alcançar a temperatura de equilíbrio. A temperatura de equilíbrio é de 7.5°C, que é a resposta correta.
1857) Em relação à Termodinâmica, assinale a opção INCORRETA
- A) O trabalho realizado num processo termodinâmico não depende do caminho entre os estados inicial e final de certa massa de um gás perfeito.
- B) A energia interna de uma dada quantidade de um gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura.
- C) Numa expansão isobárica, de uma certa massa de gás perfeito, a quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.
- D) Em uma transformação cíclica de uma dada massa de um gás perfeito, o calor total trocado é igual ao trabalho realizado.
- E) É impossível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.
A alternativa correta é letra A) O trabalho realizado num processo termodinâmico não depende do caminho entre os estados inicial e final de certa massa de um gás perfeito.
Analisando alternativa por alternativa
a) O trabalho realizado num processo termodinâmico não depende do caminho entre os estados inicial e final de certa massa de um gás perfeito.
INCORRETA. Pessoal é exatamente a variação do estado inicial e final que faz com que o trabalho seja realizado. Ela depende do caminho percorrido pelo gás. Logo, é absurdo falar que o estado inicial e final não influi no trabalho (mesmos gases submetidos a condições diferentes realizam trabalhos diferentes).
b) A energia interna de uma dada quantidade de um gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura.
CORRETA. A Energia interna de um gás perfeito é dado por
Delta E = n R Delta T
Como n e R são constantes dadas, depende exclusivamente da temperatura.
c) Numa expansão isobárica, de uma certa massa de gás perfeito, a quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.
CORRETA.
Q = W + Delta E
Em uma expansão, o trabalho é positivo. Como a energia interna de um gás também é positiva, a quantidade de calor é maior (soma-se os dois)
d) Em uma transformação cíclica de uma dada massa de um gás perfeito, o calor total trocado é igual ao trabalho realizado.
CORRETA. Quando temos um ciclo fechado, o calor trocado é igual ao trabalho realizado. Esquematicamente.
e) É impossível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.
CORRETA. Nenhum ciclo é perfeito, sempre há perdas. Na figura acima, se tivéssemos a conversão integral inexistiria a seta Q_F sendo todo o calor da fonte quente convertido em trabalho. Não existe rendimento de 100%.
Gabarito: LETRA A.
Questão 1858
Assinale a alternativa que apresenta o intervalo contendo a melhor estimativa da temperatura do fluido.
- A) 30^oC le T le 80^oC
- B) 80^oC le T le 130^oC
- C) 130^oC le T le 180^oC
- D) 180^oC le T le 230^oC
- E) 230^oC le T le 280^oC
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Gabarito: ANULADA.
Devido ao aquecimento, a lâmina bimetálica sofre uma curvatura causada pela dilatação térmica. Assim, a reflexão do laser ocorre como nos mostra a figura a seguir:
Onde R é o raio de curvatura externo da lâmina, cujo arco é S. Da figura, temos que:
tan left( 2 varphi right) = dfrac { 11,4 } { 20 }
Logo,
tan left( 2 varphi right) = 0,57 approx dfrac { sqrt 3 } 3
2 varphi approx 30° = dfrac { pi } 6
varphi approx dfrac { pi } { 12 }
varphi approx 0,26 , rad
Assim, para a superfície externa da lâmina, podemos escrever:
S = varphi R
Sendo L_0 o comprimento inicial das lâminas, podemos escrever a equação acima da seguinte maneira:
L_0 left( 1 + alpha_1 Delta T right) = varphi R tag 1
Analogamente para a superfície que separa os dois metais, podemos escrever:
S' = varphi left( R - dfrac e2 right)
Logo,
L_0 left( 1 + alpha_2 Delta T right) = varphi R - dfrac { varphi e } 2
Substituindo a equação (1), temos que:
L_0 left( 1 + alpha_2 Delta T right) = L_0 left( 1 + alpha_1 Delta T right) - dfrac { varphi e } 2
cancel { L_0 } + L_0 alpha_2 Delta T = cancel { L_0 } + L_0 alpha_1 Delta T- dfrac { varphi e } 2
L_0 alpha_1 Delta T - L_0 alpha_2 Delta T = dfrac { varphi e } 2
L_0 Delta T left( alpha_1 - alpha_2 right) = dfrac { varphi e } 2
Delta T = dfrac { varphi e } { 2 L_0 left( alpha_1 - alpha_2 right) }
Substituindo varphi e os valores do enunciado, temos
Delta T = dfrac { 0,26 cdot 0,3 times 10^{-3} } { 2 cdot 5 times 10^{-2} left( 18 times 10^{-6} - 2 times 10^{-6} right) }
Delta T approx 49 , K = 49,°C
Então,
T - T_0 = 49
T - 20 = 49
T = 69 , °C
Assim, a resposta correta seria a alternativa (a). Entretanto, houve um problema de digitação que anulou a questão, pois o enunciado nos diz que d = 20 , cm e a figura traz d = 20 , mm. Portanto, a questão foi devidamente anulada.
1859) Desde o início do século XIX, a temperatura é reconhecida como um dos pontos-chaves do ensino básico de Física, dada sua importância na caracterização e determinação de inúmeros fenômenos físicos, químicos e biológicos [Pires, 2006, p. 105]. A temperatura é uma das grandezas físicas mais conhecidas e citadas que está inserida no cotidiano das pessoas por meio dos jornais, rádios, televisão, previsões meteorológicas, equipamentos eletrodomésticos etc. Pode-se percebê-la de várias maneiras, por exemplo, para saber quão quente ou frio está um determinado corpo em relação a outro corpo de referência, ou ainda como indicadora do sentido da troca de energia na forma de calor entre o corpo e sua vizinhança [Marques, 2009].
- A) 116,7 ºF e 5,3
- B) 88,9 ºF e 4,5
- C) 57,06 ºF e 5,3
- D) 88,9 ºF e 2,5
- E) 116,7 ºF e 4,5
A alternativa correta é letra A) 116,7 ºF e 5,3
Pessoal, questão de escalas de temperatura.
Basta fazermos uma interpolação para chegarmos aos valores. Se tiver dificuldade em enxergar, desenha duas retas (escalas) com a coluna e a temperatura.
Do lado esquerdo coloquei a variação de altura de mercúrio e do direito as temperaturas.
dfrac{42 - 24}{42 - 8} = dfrac{100 - T}{100 - 0}
1.800 = 3.400 - 34T
T = 47 ,ºC
Agora, sabemos que,
(T_C times 9/5) + 32 = T_F
T_F = 116,7 ,ºF
Com relação a segunda afirmação, vamos pegar os valores calculados acima
116,7 = m times 24 + n
Precisamos agora calcular o valor de n. Este valor de n é descoberto quando a altura de mercúrio é nula.
Para alturas de mercúrio nulas teremos
dfrac{42 - 0}{42 - 8} = dfrac{100 - T_C}{100 - 0}
T_C = 23,5 , ºC
T_F = 74,3
Logo,
74,3 = m times 0 + n
n = 74,3
Então,
116,7 = m times 24 + 74,3
m = 1,78
A questão, entretanto, colocou o gabarito como sendo LETRA A.
Gabarito: LETRA A.
Questão 1860
Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 41, no 3, e20180245 (2019) www.scielo.br/rbef DOI: http://dx.doi.org/10.1590/1806-9126-RBEF-2018-0245 (Adaptado)
No laboratório de Física foi testado o aparato experimental para analisar o comportamento térmico de uma barra metálica. A situação do aparato experimental é descrita da seguinte forma: Considere uma barra metálica, com coeficiente de condutividade térmica k, e área de seção transversal A, a barra encontra-se envolvida com material que não permite a propagação do calor para o meio externo. Os dois reservatórios encontram-se com temperaturas T2 e T1 respectivamente, com T2 > T1. Algumas analises foram realizadas considerando o regime estacionário, das quais destacam-se três:
I- O fluxo de calor na barra é no sentido do reservatório Q (Temperatura T2), para o reservatório F (Temperatura T1).
II- A temperatura no ponto P, ponto próximo à extremidade do reservatório da fonte quente Q é T_ p = frac{T_2 e_2 – T_ 1 e_1}{e_2 + e_1}.
III- A temperatura no ponto P, ponto próximo à extremidade do reservatório da fonte quente Q é T_ p = frac{T_2 e_2 + T_ 1 e_1}{e_2 + e_1}.
É VERDADEIRO o que se afirma apenas em
- A) II e III.
- B) I e III.
- C) III.
- D) II.
- E) I.
A alternativa correta é letra B) I e III.
Pessoal, vamos analisar uma a uma.
I- O fluxo de calor na barra é no sentido do reservatório Q (Temperatura T2), para o reservatório F (Temperatura T1). CORRETA. Realmente pessoal. O fluxo é sempre do mais quente -> mais frio.
II- A temperatura no ponto P, ponto próximo à extremidade do reservatório da fonte quente Q é T_ p = frac{T_2 e_2 - T_ 1 e_1}{e_2 + e_1}. ERRADA. Pessoal, temos que o fluxo de calor é dado por
Q = dfrac{k A Delta T}{d}
Aonde temos constante de condução, área, variação de temperatura, e comprimento.
Logo, de T2 a Tp e TP a T1.
dfrac{k A (T_2 - T_P)}{e_1} = dfrac{k A (T_P - T_1)}{e_2}
dfrac{(T_2 - T_P)}{e_1} = dfrac{(T_P - T_1)}{e_2}
T_2 e_2 + T_1 e_1 = T_P (e_1 + e_2)
T_P = dfrac{T_2 e_2 + T_1 e_1}{e_1 + e_2}
III- A temperatura no ponto P, ponto próximo à extremidade do reservatório da fonte quente Q é T_ p = frac{T_2 e_2 + T_ 1 e_1}{e_2 + e_1}. CORRETA. Vide afirmativa anterior.
Gabarito: LETRA B.