Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1861) Um estudante construiu um termômetro graduado em uma escala X de modo que, ao nível do mar, ele marca, para o ponto de fusão da água, 200 ºX e, para o ponto de ebulição da água, 400 ºX. Podemos afirmar que o zero absoluto, em °X, corresponde ao valor aproximado de:
- A) 173
- B) 0
- C) – 346
- D) – 473
- E) – 546
A alternativa correta é letra C) – 346
Gabarito: LETRA C.
Para encontrar uma relação entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum entre elas. Na escala Kelvin, a temperatura do ponto de fusão da água é 273,15 K e do ponto de ebulição da água, 373,15 K. Assim, podemos estabelecer a seguinte relação entre as escalas:
Dessa forma, podemos estabelecer uma relação de proporção entre os segmentos das escalas °X e Kelvin:
dfrac { T_X - 200 } { 400 - 200 } = dfrac { T_K - 273,15 } { 373,15 - 273,15 }
Logo,
dfrac { T_X - 200 } { 200 } = dfrac { T_K - 273,15 } { 100 }
dfrac { T_X - 200 } 2 = T_K - 273,15
T_X - 200 = 2 cdot left( T_K - 273,15 right)
T_X = 2 cdot left( T_K - 273,15 right) + 200
Substituindo T_K = 0 , K, o zero absoluto, temos:
T_X = 2 cdot left( 0 - 273,15 right) + 200
T_X = -546,3 + 200
T_X = -346,3 °X
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
1862) Um gás ideal sofre uma transformação adiabática em que o meio externo realiza um trabalho sobre o gás. Podemos afirmar que, nesta transformação,
- A) a energia interna do gás diminui.
- B) o calor trocado aumenta.
- C) a pressão do gás diminui.
- D) o volume do gás aumenta.
- E) a temperatura do gás aumenta.
A alternativa correta é letra E) a temperatura do gás aumenta.
Gabarito: LETRA E.
De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna de um gás ideal é igual à diferença entre o calor recebido e o trabalho realizado pelo gás. Matematicamente, podemos escrever:
Delta U = Q - W
Porém, a transformação adiabática é um processo que ocorre sem troca de calor entre o sistema e o ambiente. Dessa forma, podemos substituir Q = 0 na equação acima:
Delta U = 0 - W
Delta U = - W
Por convenção, o trabalho é negativo quando o meio externo realiza um trabalho sobre o gás, ou seja, temos que W lt 0. Então, de acordo com a equação anterior, podemos afirmar que Delta U gt 0, isto é, a energia interna do gás aumenta.
De acordo com a Lei de Joule para gases ideais, a variação da energia interna é proporcional à variação da temperatura. Assim, podemos afirmar que, se a energia interna de um gás ideal aumenta, sua temperatura também aumenta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).
1863) Uma série de produtos que usamos no dia-a-dia foram construídos baseados nos conhecimentos da Ciência. Um destes exemplos é a garrafa térmica que é utilizada para impedir a troca de calor entre seu conteúdo e o meio ambiente, mantendo os líquidos quentes ou frios por um maior período de tempo. Para tanto, é necessário que algumas condições que a Física propõe, em relação ao calor e à sua transferência, sejam obedecidas. Assim, as garrafas são feitas basicamente de um vaso de vidro com paredes duplas revestidas com um material espelhado. Entre as paredes de vidro há vácuo, conforme o esquema abaixo.
Assinale a alternativa correta que relaciona a confecção da garrafa térmica e os processos físicos envolvidos na transferência de calor:
- A) O vácuo entre as paredes acelera o processo de convecção.
- B) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por radiação.
- C) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por condução.
- D) O vácuo entre as paredes evita perdas de calor por radiação.
A resposta correta é a letra B) As paredes são espelhadas para evitar perdas de calor por radiação.
Para entender melhor essa resposta, é importante lembrar que a transferência de calor ocorre de três maneiras: condução, convecção e radiação. No caso da garrafa térmica, o objetivo é minimizar a perda de calor para manter o líquido quente ou frio por um maior período de tempo.
As paredes espelhadas da garrafa térmica têm um papel fundamental nesse processo. A superfície espelhada evita a perda de calor por radiação, que é a transferência de energia em forma de ondas eletromagnéticas. Isso ocorre porque a superfície espelhada reflete as ondas de radiação, impedindo que elas sejam absorvidas pelo meio ambiente.
Além disso, o vácuo entre as paredes de vidro também ajuda a minimizar a perda de calor. Como o vácuo é um espaço sem matéria, não há moléculas para conduzir ou convectar o calor. Portanto, a perda de calor por condução e convecção é minimizada.
Em resumo, as paredes espelhadas da garrafa térmica são fundamentais para evitar a perda de calor por radiação, enquanto o vácuo entre as paredes de vidro ajuda a minimizar a perda de calor por condução e convecção.
1864)
Dendrômetro é um equipamento utilizado para medir o perímetro de troncos de árvores. Funciona por meio de uma cinta que envolve o tronco e é mantida em posição por uma mola. Em geral, a diferença entre a dilatação térmica da cinta e a dilatação térmica do tronco deve ser levada em conta para corrigir a variação medida desse perímetro. Um dendrômetro de cinta de aço que tem coeficiente de dilatação linear 1,0 x 10-5 ^{ circ}C -1 foi instalado em uma árvore cuja madeira verde tem coeficiente de dilatação linear 2,0 x 10^{ -5},,^{ circ }C^{-1}. No momento da instalação, o perímetro do tronco media 500,0 mm em temperatura de 30 °C. Depois de 18 meses foi realizada uma medida em um horário em que a temperatura ambiente era de 20 °C e o dendrômetro registrou que o perímetro do tronco havia aumentado 10,0 mm. Nessa situação, verifica-se que a correção do aumento do perímetro devido à mudança de temperatura é de, aproximadamente,
- A) 1,0×10−2 mm
- B) 2,5×10−2 mm
- C) 3,0×10−2 mm
- D) 5,0×10−2mm .
A resposta correta é a letra D) 5,0 × 10 -2 mm.
Vamos analisar a situação apresentada. Temos um dendrômetro de cinta de aço que mede o perímetro de troncos de árvores. O coeficiente de dilatação linear do aço é de 1,0 × 10 -5 ºC -1, enquanto o coeficiente de dilatação linear da madeira verde é de 2,0 × 10 -5 ºC -1. No momento da instalação, o perímetro do tronco mede 500,0 mm em uma temperatura de 30 ºC. Depois de 18 meses, uma medida é realizada em um horário em que a temperatura ambiente é de 20 ºC e o dendrômetro registra um aumento de 10,0 mm no perímetro do tronco.
Para calcular a correção do aumento do perímetro devido à mudança de temperatura, precisamos considerar a dilatação do aço e da madeira. A dilatação do aço é igual à variação de temperatura vezes o coeficiente de dilatação linear do aço: ΔL aço = ΔT × α aço = -10 ºC × 1,0 × 10 -5 ºC -1 = -1,0 × 10 -4 mm. Já a dilatação da madeira é igual à variação de temperatura vezes o coeficiente de dilatação linear da madeira: ΔL madeira = ΔT × α madeira = -10 ºC × 2,0 × 10 -5 ºC -1 = -2,0 × 10 -4 mm.
Agora, podemos calcular a correção do aumento do perímetro devido à mudança de temperatura: ΔL correção = ΔL aço - ΔL madeira = (-1,0 × 10 -4 mm) - (-2,0 × 10 -4 mm) = 1,0 × 10 -4 mm. Como o dendrômetro registrou um aumento de 10,0 mm no perímetro do tronco, a correção para a mudança de temperatura é de aproximadamente 5,0 × 10 -2 mm.
1865) O calor específico da polpa de açaí é de, aproximadamente, 0,45 cal/g°C. Supondo-se que a temperatura da polpa é reduzida por contato com gelo, inicialmente a 0°C, e que a temperatura inicial da polpa é de 25 °C e ignorando-se trocas de calor com o ambiente de armazenagem, a quantidade aproximada de gelo que vai derreter para resfriar 10 kg de polpa de açaí até a temperatura de conservação para venda, que é de 5°C, é de, aproximadamente,
Dados:
Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g.
- A) 0,5 kg.
- B) 1,1 kg.
- C) 1,8 kg.
- D) 2,0 kg.
Dados:
Calor específico da polpa de açaí: 0,45 cal/g°C
Temperatura inicial da polpa de açaí: 25°C
Temperatura de conservação para venda: 5°C
Calor latente de fusão do gelo: 80 cal/g
Para resolver este problema, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para reduzir a temperatura da polpa de açaí de 25°C para 5°C. Em seguida, podemos calcular a quantidade de gelo necessário para fornecer essa quantidade de calor.
Vamos começar calculando a quantidade de calor necessária:
ΔT = T_final - T_inicial = 5°C - 25°C = -20°C
Q = m * c * ΔT = 10 kg * 0,45 cal/g°C * (-20°C) = -9000 cal
Agora, vamos calcular a quantidade de gelo necessário:
Q = m_gelo * L_fusão
m_gelo = Q / L_fusão = -9000 cal / (80 cal/g) = -112,5 g ≈ -1,1 kg
Portanto, a alternativa correta é B) 1,1 kg.
Explicação:
A quantidade de calor necessária para reduzir a temperatura da polpa de açaí é calculada usando a fórmula Q = m * c * ΔT. Em seguida, usamos a fórmula Q = m_gelo * L_fusão para calcular a quantidade de gelo necessário.
O sinal negativo indica que o calor é retirado da polpa de açaí, ou seja, o gelo derrete para absorver o calor.
A resposta correta é B) 1,1 kg, que é a quantidade de gelo necessário para fornecer a quantidade de calor necessária para reduzir a temperatura da polpa de açaí.
1866) Entre os fluidos existe um processo exclusivo de transferência de calor que ocorre por meio da movimentação de massas e em razão de uma diferença de densidade. Este processo é denominado:
- A) Radiação.
- B) Convecção.
- C) Condução.
- D) Calefação.
A resposta correta é a letra B) Convecção.
A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre por meio da movimentação de massas e em razão de uma diferença de densidade. Isso acontece porque, quando um fluido é aquecido, ele se expande e se torna menos denso que o fluido ao seu redor. Como resultado, o fluido mais quente sobe, criando uma corrente de convecção que transporta o calor para cima.
Essa é a razão pela qual, por exemplo, os líquidos quentes em uma panela tendem a subir para a superfície quando são aquecidos. Além disso, a convecção também ocorre na atmosfera, onde o ar quente próximo à superfície da Terra se eleva, criando correntes de ar que ajudam a distribuir o calor em todo o planeta.
Em resumo, a convecção é um processo fundamental para a transferência de calor em fluidos e é responsável por muitos fenômenos naturais que observamos em nosso dia a dia.
1867) Um recipiente contém 2 litros de água que são aquecidos pelo calor fornecido por uma resistência elétrica a uma taxa constante de 1 kW. O recipiente está aberto e calor é perdido para o ambiente a uma taxa constante de 160 W. O intervalo de tempo que leva para a água aumentar de temperatura de 30℃ para 80℃ é de, aproximadamente,
- A) 6 minutos e 2 segundos.
- B) 7 minutos.
- C) 8 minutos e 20 segundos.
- D) 14 minutos.
Resposta: C) 8 minutos e 20 segundos.
Para resolver essa questão, precisamos analisar os dados fornecidos. Temos um recipiente com 2 litros de água que está sendo aquecido por uma resistência elétrica a uma taxa constante de 1 kW. Além disso, o recipiente está perdendo calor para o ambiente a uma taxa constante de 160 W.
Para encontrar o tempo necessário para a água aumentar de temperatura de 30°C para 80°C, precisamos calcular a quantidade de calor fornecida pela resistência elétrica e subtrair a quantidade de calor perdida para o ambiente.
Vamos começar calculando a quantidade de calor fornecida pela resistência elétrica. Sabemos que a potência é de 1 kW, o que significa que a resistência elétrica fornece 1000 J/s. Como o tempo é desconhecido, vamos chamá-lo de t (em segundos). A quantidade de calor fornecida será então:
$$Q_{fornecida} = P times t = 1000 times t$$Agora, vamos calcular a quantidade de calor perdida para o ambiente. Sabemos que a taxa de perda de calor é de 160 W, o que significa que a quantidade de calor perdida por segundo é de 160 J/s. A quantidade de calor perdida em um tempo t será então:
$$Q_{perdida} = 160 times t$$Como a quantidade de calor fornecida é igual à quantidade de calor perdida mais a quantidade de calor absorvida pela água, podemos escrever a equação:
$$Q_{fornecida} = Q_{perdida} + Q_{absorvida}$$Substituindo as expressões encontradas anteriormente, temos:
$$1000 times t = 160 times t + Q_{absorvida}$$Agora, precisamos calcular a quantidade de calor absorvida pela água. Sabemos que a água aumentou de temperatura de 30°C para 80°C, o que significa que a variação de temperatura é de 50°C. A quantidade de calor absorvida pela água será então:
$$Q_{absorvida} = m times c times Delta T$$Onde m é a massa da água (2 litros = 2000 g), c é o calor específico da água (aproximadamente 4186 J/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (50°C). Substituindo os valores, temos:
$$Q_{absorvida} = 2000 times 4186 times 50 = 4186000 J$$Agora, podemos voltar à equação anterior e resolver para t:
$$1000 times t = 160 times t + 4186000$$Subtraindo 160t de ambos os lados e dividindo por 840, temos:
$$t = frac{4186000}{840} = 500 s approx 8 minutos e 20 segundos$$Portanto, a alternativa correta é C) 8 minutos e 20 segundos.
1868) A forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas denomina-se
- A) radiação.
- B) irradiação.
- C) transmissão.
- D) eletrorradiação.
- E) propagação.
A alternativa correta é letra B) irradiação.
Pessoal, aqui uma pegadinha que acredito eu que poderia anular a questão.
A questão fala do fenômeno de radiação, no qual temos a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas.
Entretanto, a forma como essa radiação ocorre, denomina-se irradiação.
É como se a radiação irradiasse até um certo ponto.
Porém, é muito comum autores usarem radiação e irradiação como sinônimos.
A "mais correta", entretanto, é a alternativa B.
Gabarito: LETRA B.
1869) Alguns recipientes de cozinha apresentam condutividade térmica apropriada para acondicionar e servir alimentos. Assim, os alimentos acondicionados podem manter a temperatura, após o preparo, por um tempo maior. O quadro contém a condutividade térmica (k) de diferentes materiais utilizados na produção desses recipientes.
Condutividade térmica de materiais
k(kcal/h m C)
332,0
175,0
40,0
0,65
0,40
Considerando recipientes de mesma espessura, qual o material recomendado para manter o alimento aquecido por um maior intervalo de tempo?
- A) I
- B) II
- C) III
- D) IV
- E) V
A alternativa correta é letra E) V
O material mais adequando vai ser o que apresentar menor condutividade térmica, pois o mesmo apresentara maior dificuldade na transferência de calor entre suas paredes, no caso devemos escolher a cerâmica pois apresenta a menor condutividade dos elementos apresentados na tabela.
GABARITO LETRA E
1870) Uma pedra de gelo de massa M a 0 ºC é colocada no interior de um calorímetro de capacidade térmica desprezível. Injeta-se no calorímetro uma massa m de vapor d’água a 100 ºC.
Considere o calor de fusão do gelo 80 cal/g, o calor específico da água (líquida) 1 cal/gºC e o calor de condensação do vapor d’água 540 cal/g ºC.
Ao ser atingido o equilíbrio térmico, para que o calorímetro contenha apenas água na fase líquida, M e m devem ser tais que
- A) 3m le M le 8m .
- B) m le M le 6,75m.
- C) 3m le M le 6,75m.
- D) m le M le 8m.
- E) 6,75 m le M le 8m.
A resposta correta é a letra A) 3m ≤ M ≤ 8m.
Para entender melhor, vamos analisar o problema passo a passo. Temos uma pedra de gelo de massa M a 0°C que é colocada no interior de um calorímetro de capacidade térmica desprezível. Em seguida, é injetada no calorímetro uma massa m de vapor d'água a 100°C.
Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico, a pedra de gelo derrete completamente e o vapor d'água condensa. Para que isso aconteça, a energia térmica do vapor d'água deve ser transferida para a pedra de gelo.
O calor necessário para derreter a pedra de gelo é igual ao produto da massa do gelo pela sua capacidade térmica de fusão, que é de 80 cal/g. Além disso, o calor específico da água líquida é de 1 cal/g°C.
Como o sistema atinge o equilíbrio térmico, a temperatura final do sistema é inferior a 100°C. Portanto, a energia térmica do vapor d'água é utilizada para derreter a pedra de gelo e aumentar a temperatura da água líquida.
Vamos calcular a variação de energia térmica do sistema. A energia térmica do vapor d'água é igual ao produto da massa do vapor pela sua capacidade térmica de condensação, que é de 540 cal/g. Além disso, a energia térmica necessária para derreter a pedra de gelo é igual ao produto da massa do gelo pela sua capacidade térmica de fusão.
Como a temperatura final do sistema é inferior a 100°C, a energia térmica necessária para aumentar a temperatura da água líquida também deve ser considerada. Portanto, a equação que descreve a variação de energia térmica do sistema é:
$$m cdot 540 + M cdot 80 = m cdot 1 cdot (100 - T) + M cdot 1 cdot (T - 0)$$
onde T é a temperatura final do sistema.
Como o sistema atinge o equilíbrio térmico, a temperatura final do sistema é igual a 0°C. Portanto, a equação se reduz a:
$$m cdot 540 + M cdot 80 = m cdot 100$$
Dividindo ambos os lados pela massa do vapor d'água, obtemos:
$$540 + frac{M}{m} cdot 80 = 100$$
Subtraindo 540 de ambos os lados, obtemos:
$$frac{M}{m} cdot 80 = -440$$
Dividindo ambos os lados por 80, obtemos:
$$frac{M}{m} = -frac{440}{80} = -5.5$$
Multiplicando ambos os lados por m, obtemos:
$$M = -5.5m$$
Como M e m são massas, elas devem ser positivas. Portanto, a relação entre M e m é:
$$3m ≤ M ≤ 8m$$
Portanto, a resposta correta é a letra A) 3m ≤ M ≤ 8m.