Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1941) O gráfico pressão (P) em função do volume (V) a seguir representa três caminhos A, B e C diferentes em que uma mesma amostra de gás ideal pode ir do estado inicial “i” para o estado final “f”.
Assinale a alternativa que indica corretamente a relação entre os valores, em módulo, das quantidades de calores QA, QB, e QC envolvidos, respectivamente, nos caminhos A, B e C.
- A) QA = QB = QC
- B) QA > QB > QC
- C) QA < QB < QC
- D) QB > QA e QB > QC
A alternativa correta é letra B) QA > QB > QC
Gabarito: LETRA B.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, temos:
Delta U = Q - W
Logo,
Q = Delta U + W tag 1
Como os três caminhos possuem os mesmos pontos inicial e final, podemos afirmar que Delta U_A = Delta U_B = Delta U_C.
Lembrando que o trabalho realizado pelo gás é numericamente igual à área sob a curva do gráfico de pressão em função do volume, observando o gráfico do enunciado, podemos afirmar que:
W_A gt W_B gt W_C tag 2
Então, de (1) e (2), temos que:
Q_A gt Q_B gt Q_C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1942) Se a temperatura de um corpo negro é aumentada por um fator 3, a energia irradiada por segundo e por unidade de área corresponde a
- A) decréscimo por um fator 81.
- B) decréscimo por um fator 9.
- C) acréscimo por um fator 9.
- D) acréscimo por um fator 27.
- E) acréscimo por um fator 81.
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
A radiação emitido por um corpo negro é dada por:
frac{P}{A}=kT^4
Onde P é a potencia irradiada por unidade de área, k é uma constante e T é a temperatura. Quando a temperatura aumenta de um fator 3 teremos:
frac{P}{A}=k(3T)^4
frac{P}{A}=81kT^4
Acreditamos que a questão possa ter sido anulada pois esse não costuma ser um tema em provas de nível médio.
Gabarito: ANULADA
1943) Texto associado
material
coeficiente de dilatação
térmica (℃-1)
aço
11 times 10^{-6} ( ^{ circ}C^{-1})
A chave de um circuito elétrico de emergência consiste de duas barras metálicas, ligadas uma a outra, cujos coeficientes lineares de dilatação térmica são M1 e M2, respectivamente. Considere que os metais das barras sejam constituídos de materiais homogêneos e que, em temperatura ambiente, as barras tenham forma linear, conforme mostra a figura precedente
Com base nas informações apresentadas e nas leis que regem o comportamento de dilatação térmica, assinale a opção correta.
- A) A variação no comprimento das barras metálicas é inversamente proporcional a variação de temperatura.
- B) Para que as barras se curvem na direção do ponto A, de forma a ligar a chave, é necessário que os coeficientes de dilatação térmica satisfaçam a relação M_1 < M_2.
- C) Objetos construídos com material não homogêneo têm dilatação superficial isotrópica.
- D) Se uma das barras for de aço, a área superficial dessa barra terá um aumento maior que 10% sob a ação de uma variação de temperatura igual a 50 °C.
- E) Se as barras M1 e M2 forem de cobre e alumínio, respectivamente, a chave não ligará o circuito, independentemente da variação da temperatura.
A alternativa correta é letra B) Para que as barras se curvem na direção do ponto A, de forma a ligar a chave, é necessário que os coeficientes de dilatação térmica satisfaçam a relação M_1 < M_2.
Pessoal, vamos analisar uma a uma cada alternativa
a) A variação no comprimento das barras metálicas é inversamente proporcional a variação de temperatura.
ERRADO. É diretamente proporcional. Quanto mais aumentamos a temperatura, maior o comprimento das barras.
Delta L = L_0 times alpha times Delta T
b) Para que as barras se curvem na direção do ponto A, de forma a ligar a chave, é necessário que os coeficientes de dilatação térmica satisfaçam a relação M_1 < M_2.
CORRETA. A segunda barra vai dilatar mais, "entortando" para a direção do contato.Pessoal, para visualizarmos isso, precisamos entender que quanto maior o coeficiente de dilatação, maior a dilatação da barra (são diretamente proporcionais).
Logo, como a barra M_2 vai dilatar mais, ela vai entortar para o lado esquerdo, "abraçando" a barra M_1 (que ficara por dentro).
Reparem que a barra que "abraça por fora" é aquela que tem maior coeficiente de dilatação (maior tedência a dilatar e, portanto, maior tamanho para um mesmo aquecimento).
c) Objetos construídos com material não homogêneo têm dilatação superficial isotrópica.
ERRADO. Dilatação isotrópica é aquela que acontece de forma igual para todas as direções. Isso não ocorre com materiais não homogêneos (heterogêneos) na maioria das vezes.
Imagine uma barra formada de dois materiais. Se ela tiver a concentração de um "material mais dilatante" (maior coeficiente) em uma extremidade e concentração de material "menos dilatante" (menor coeficiente) na outra, um aquecimento a mesma temperatura o lado mais dilatante ira dilatar mais do que o outro lada (dilatação não isotrópica, portanto).
d) Se uma das barras for de aço, a área superficial dessa barra terá um aumento maior que 10% sob a ação de uma variação de temperatura igual a 50 °C.
ERRADO.
Delta V = V_0 times c times Delta T
Delta V = V_0 times 11 times 10^{-6} times 50 = 5,5 times 10^{-5} V_0
Teria que ser algo na ordem de 1,1 do valor inicial para aumentar 10%.
e) Se as barras M1 e M2 forem de cobre e alumínio, respectivamente, a chave não ligará o circuito, independentemente da variação da temperatura.
ERRADO. Ligará sim, pois é a mesma situação de barra com maior coeficiente em M_2 e menor coeficiente em M_1 (vide explicação da alternativa B, que é a correta).
Gabarito: LETRA B.
1944) O vidro é um material inorgânico, homogêneo e de grande dureza, mas, ao mesmo tempo, bastante frágil. Possui uma estrutura cristalina e permite a passagem da luz. Para obter vidro, é necessário a fusão de caliza, areia silícea e carbonato de sódio e moldar a massa obtida a elevada temperatura. É um material versátil, encontrado em diversas situações, em construções. Existem vários tipos de vidro no mercado e um deles possui maior resistência mecânica do que o vidro comum, sendo também conhecido como vidro de segurança. Sua fabricação consiste em um processo de têmpera, obtida pelo aquecimento gradativo a temperatura de 700° C (ponto de amolecimento do vidro), seguido de resfriamento. Esse tipo de vidro é denominado:
- A) Insulado.
- B) Lapidado.
- C) Fantasia.
- D) Laminado.
Resposta: D) Laminado.
A alternativa correta é o vidro laminado. Esse tipo de vidro é fabricado por meio de um processo de têmpora, que envolve o aquecimento gradual do vidro até uma temperatura de 700°C (ponto de amolecimento do vidro), seguido de resfriamento. Isso confere ao vidro laminado uma maior resistência mecânica em relação ao vidro comum.
O processo de fabricação do vidro laminado envolve a união de duas ou mais camadas de vidro, separadas por uma camada de plástico (PVB - Polyvinyl Butyral). Isso torna o vidro mais resistente a impactos e, em caso de quebra, as camadas de vidro se mantêm unidas, evitando que os fragmentos se espalhem.
O vidro laminado é amplamente utilizado em aplicações que requerem segurança, como vidros de carro, vidros de prédios e outros.
1945) De acordo com CRUZ, sobre calor e temperatura, assinalar a alternativa INCORRETA:
- A) O movimento das moléculas é denominado agitação térmica.
- B) A agitação térmica está relacionada com a percepção que se tem de quente e frio.
- C) A grandeza que permite avaliar o estado de agitação térmica das moléculas de um corpo é a temperatura.
- D) Quanto mais aquecido estiver um corpo, menor será a vibração de suas moléculas.
Resposta:
A alternativa correta é a letra D) Quanto mais aquecido estiver um corpo, menor será a vibração de suas moléculas.
Explicação:
De acordo com a Termologia, a temperatura de um corpo é medida pela vibração de suas moléculas. Quanto mais rápido as moléculas se movem, maior é a temperatura do corpo.
A afirmação da alternativa D) está correta, pois quando um corpo é aquecido, as moléculas ganham energia cinética e começam a se mover mais rapidamente. Isso aumenta a temperatura do corpo, mas diminui a vibração das moléculas.
Já as outras alternativas apresentam erros conceituais:
- A) O movimento das moléculas é denominado agitação térmica, não vibração.
- B) A agitação térmica está relacionada à percepção de quente e frio, mas não é a mesma coisa que temperatura.
- C) A temperatura é a grandeza que permite avaliar o estado de agitação térmica das moléculas de um corpo, mas não é a mesma coisa que agitação térmica.
Portanto, a alternativa D) é a única que apresenta uma afirmação correta sobre a relação entre temperatura e vibração das moléculas.
1946) Leia as afirmativas a seguir.
I. Equilíbrio térmico é quando dois corpos atingem a temperatura ambiente.
II. Em sistemas isolados termicamente, as trocas de calor entre dois ou mais corpos ocorrerão até que o corpo com maior temperatura perca toda sua energia térmica.
III. O calor específico (c=cal/g∙°C) depende da substância que constitui o corpo, enquanto a capacidade térmica (C=cal/°C) está relacionada ao corpo como um todo.
IV. A convecção é a transferência de calor em que a diferença de densidade cria um movimento no interior do fluido.
V. Se um corpo possui energia interna, então ele possui calor, mas quando essa energia é transmitida fica mais fácil perceber o calor atuando.
Marque a opção que apresenta as afirmativas CORRETAS.
- A) I – II – III.
- B) IV – V.
- C) I – V.
- D) I – III – IV.
- E) III – IV.
Resposta: A alternativa correta é a letra E) III – IV.
Para entender por quê essa é a resposta certa, vamos analisar cada afirmação:
I: Equilíbrio térmico é quando dois corpos atingem a mesma temperatura, mas não necessariamente a temperatura ambiente. Portanto, essa afirmação está INCORRETA.
II: Em sistemas isolados termicamente, as trocas de calor entre dois ou mais corpos ocorrem até que o corpo com maior temperatura perca toda sua energia térmica. Isso não é verdade, pois a temperatura dos corpos pode se equalizar, mas não significa que o corpo com maior temperatura perca toda sua energia térmica. Portanto, essa afirmação está INCORRETA.
III: O calor específico (c = cal/g°C) depende da substância que constitui o corpo, enquanto a capacidade térmica (C = cal/°C) está relacionada ao corpo como um todo. Isso está CORRETO.
IV: A convecção é a transferência de calor em que a diferença de densidade cria um movimento no interior do fluido. Isso está CORRETO.
V: Se um corpo possui energia interna, então ele possui calor, mas quando essa energia é transmitida fica mais fácil perceber o calor atuando. Isso não é verdade, pois a energia interna é uma propriedade do corpo e não é sinônimo de calor. Portanto, essa afirmação está INCORRETA.
Portanto, as afirmações III e IV são as únicas corretas, o que torna a alternativa E) III – IV a resposta certa.
1947) Após a variação de temperatura em 100°C de um cilindro metálico, o seu comprimento aumentou em 0,32%. Calcule o módulo da variação percentual da massa específica.
- A) 0,32%
- B) 0,64%
- C) 0,96%
- D) 0,98%
- E) 1,32%
A alternativa correta é letra C) 0,96%
Sob o efeito da variação de temperatura, os materiais sofrem dilatação térmica linear, fazendo variar o seu comprimento final. Podemos expressar a variação no comprimento de um corpo pela seguinte fórmula:
delta{L} = alpha cdot L_0 cdot Delta{Theta} tag 1
Onde delta{L} é variação no comprimento, alpha é o coeficiente de dilatação térmica linear, L_0 é o comprimento inicial da vareta de metal e Delta{Theta} é a variação de temperatura.
Usando a equação 1 teremos:
0,0032L = alpha cdot L cdot 100
alpha=0,000032
O coeficiente de dilatação volumétrica do cilindro é o triplo do seu coeficiente linear:
sigma=3alpha
sigma=0,000096
A massa específica do cilindro é dada por:
mu=frac{m}{V_{cilindro}}
Onde m é a massa do cilindro.
A variação volumétrica do cilindro é dada por:
delta{V} = sigma cdot V_0 cdot Delta{Theta}
delta{V} = 0,000096 cdot V cdot 100
delta{V} = 0,0096 cdot V
Logo, o novo volume do cilindro será o volume inicial + a variação de volume:
V_f=V+0,0096V
V_f=1,0096V
Portanto, a nova massa específica do cilindro será:
mu'=frac{m}{1,0096V}=0,9905mu
E por fim, a variação percentual da massa específica do cilindro é dada por:
Delta{mu}=mu-mu'
Delta{mu}=mu-mu'
Delta{mu}=mu-0,9905mu
Delta{mu}approx 0,0095mu
Delta{mu}approx0,96%mu
Gabarito: C
1948) Um cilindro maciço, de raio igual a 5 cm, a altura igual a 15,0 cm e emissividade 0,75, a uma temperatura de 27 °C, está suspenso em um ambiente de temperatura igual a 60 °C. Calcule, aproximadamente, a taxa líquida de transferência de radiação térmica.
- A) pi sigma 0,564 W
- B) pi sigma W
- C) pi sigma 5W
- D) pi sigma 64 W
- E) pi sigma 56W
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
A taxa líquida de transferência de calor por radiação a partir de uma superfície, expressa em watts, é dada por:
q=epsiloncdot sigmacdot A(T_1^4-T_2^4)tag 1
Onde epsilon é a emissividade,sigma é a constante de Stefan Boltzman e A é a área da superfície do cilindro.
q=0,75cdot sigmacdot A(T_1^4-T_2^4)
A área da superfície do cilindro é dada por:
A=2pi rh+2pi r^2
A=2picdot 5cdot10^{-2}cdot 15cdot10^{-2}+2pi (5cdot10^{-2})^2
A=150picdot10^{-4}+50picdot10^{-4}
A=200picdot10^{-4},m^2
Para usarmos as temperatura na fórmula, precisaremos primeiramente transformá-las da unidade Celsius para Kelvin:
T_k=T_c +273
T_1=60 +273=333,K
T_2=27 +273=300,K
Agora podemos usar a equação (1):
q=0,75cdot sigmacdot 200picdot10^{-4}((3,33cdot10^{2})^4-(3cdot10^2)^4)
q=sigmacdot 150picdot10^{-4}((123cdot10^{8})-(81cdot10^8))
q=sigmacdot 6300picdot10^{-4}cdot10^{8}
q=sigmacdot 6300picdot10^{4}
boxed{qapprox 6,3pisigmacdot10^{7},W}
Conforme constatamos, essa questão foi anulada porque não há resposta correta entre as alternativas.
Gabarito: ANULADA
1949) Um recipiente de alumínio com coeficiente de dilatação linear igual a 23 x 10-6 °C-1 possui um volume de 100 cm³ e está preenchido de um líquido a 22 °C. Após o conjunto, recipiente e líquido, atingirem a temperatura de 28°C uma parte do líquido é derramada. Sendo o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido igual a 5,1 x 10-4 °C-1, calcule o volume do líquido derramado.
- A) 0,26 cm³
- B) 0,32 cm³
- C) 0,38 cm³
- D) 0,52 cm³
- E) 0,66 cm³
A alternativa correta é letra A) 0,26 cm³
O recipiente está cheio com o líquido. Então o volume do líquido é igual ao volume do recipiente. Precisaremos determinar a diferença de dilatação volumétrica entre o líquido e o recipiente. A variação volumétrica de um recipiente ou substância é dada por:
Delta{V}=V_0cdotsigmacdotDelta{T}
Onde sigma é o coeficiente de dilatação volumétrica, V_0 é o volume inicial e Delta{T} é a variação de temperatura. Então, calculando a variação volumétrica do líquido teremos:
Delta{V_l}=100cdot 5,1cdot10^{-4}cdot (28^o-22^o)
Delta{V_l}=3060cdot10^{-4}
Delta{V_l}=0,306,cm^3
A variação volumétrica do recipiente será:
Delta{V_r}=100cdot 3cdot 23cdot 10^{-6}cdot (28^o-22^o)
Obs: O coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente é obtido pela multiplicação de seu coeficiente de dilatação linear por 3:
sigma_r=3alpha
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear do recipiente. Então:
Delta{V_r}=41400cdot 10^{-6}
Delta{V_r}=0,0414,cm^3
Logo, o volume de líquido derramado será:
V_{derramado}=Delta{V_l}-Delta{V_r}
boxed{V_{derramado}=0,306-0,0414=0,2646,cm^3}
Gabarito: A
1950) Uma determinada substância tem seu calor específico governado pela seguinte função c(T) = 2 + 3T² + 0,4T³, sendo T em °C e c em cal/g.K. Calcule a energia necessária para aumentar a temperatura de um corpo de massa igual a 30g de 3 °C para 30 °C.
- A) 323676 cal
- B) 3240567 cal
- C) 3807665 cal
- D) 2340794 cal
- E) 40300 cal
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
A Quantidade de calor recebida por um material para fazê-lo ter uma elevação de temperatura é dada por:
Q = mcdot c cdot Delta (phi_f - phi_i) tag 1
Onde phi_f e phi_i são as temperaturas final e inicial do material. Normalmente, em questões de nível de médio, o calor específico de uma substância é uma constante. Entretanto, na presente questão, o calor específico é uma função contínua da temperatura T. Nesse caso, a única forma de resolvermos a questão é com o uso de equação integral, ferramenta matemática abordada em cursos de nível superior. Acreditamos que este foi o motivo da anulação da questão.
Para quem tem algum conhecimento de integrais e tiver interesse em ver a solução, resolvemos abaixo o problema com o uso da equação integral. Usando a equação (1) teremos:
Q = int_{3}^{30} mcdot c(T)dT
Onde o símbolo int_{3}^{30} representa a integral da função c(T) em relação à T, para T variando de 3^o a 30^o. A variável dT representa o elemento infinitesimal de temperatura.
Obs: Matematicamente, a integral representa a área abaixo da curva da função traçada por c(T), para os limites conhecidos da variável T. Veja um exemplo na figura abaixo, que representa a área abaixo da curva de uma função f(x):
Continuando nosso problema, como a massa m é constante, podemos escrever:
Q = mint_{3}^{30}c(T)dT
Q = 30int_{3}^{30}(2+3T^2+0,4T^3)dT
Q =30 (2T+T^3+0,1T^4)vert_3^{30}
Q = 30[2(30-3)+(30^3-3^3)+0,1(30^4-3^4)]
Q = 30[2(27)+(27000-27)+0,1(810000-81)]
boxed{Q = 3.240.567,Cal}
O gabarito seria a alternativa B, mas como o tema "equações integrais" extrapola o conteúdo do certame, a questão foi ANULADA.
Gabarito: ANULADA