Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1961) Um recipiente feito com um tipo de vidro cujo coeficiente de dilatação volumétrica é gammaV tem, à temperatura ambiente, capacidade V0. Considere que esse recipiente seja completamente preenchido com um líquido que apresenta coeficiente de dilatação volumétrica três vezes maior do que o do vidro e que esse sistema sofra uma elevação de temperatura Delta theta em relação à temperatura ambiente. Nessas condições, determinado volume DeltaV do líquido transborda e é recolhido em um recipiente à parte.
Em função dos dados fornecidos, o coeficiente de dilatação gammaV do vidro do recipiente é igual a:
- A) large{Delta V over 2 cdot V_0 cdot Delta theta}
- B) large{Delta V over 3 cdot V_0 cdot Delta theta}
- C) large{2 cdot Delta V over V_0 cdot Delta theta}
- D) large{3 cdot Delta V over V_0 cdot Delta theta}
- E) large{Delta V over V_0 cdot Delta theta}
A alternativa correta é letra A) large{Delta V over 2 cdot V_0 cdot Delta theta}
Temos dois fenômenos aqui: a dilatação do vidro é a do líquido, sendo este último maior a ponto do líquido transbordar.
Para o vidro:
Delta V_V = V_0 times gamma times Delta theta
Para o líquido,
Delta V_L = V_0 times 3 gamma times Delta theta
Temos também que,
Delta V_L - Delta V_V = Delta V
V_0 times 3 gamma times Delta theta - V_0 times gamma times Delta theta = Delta V
V_0 times 2 gamma times Delta theta = Delta V
gamma = dfrac{Delta V}{2 V_0 times Delta theta}
Gabarito: LETRA A.
1962) Um parafuso de alumínio de massa 1 0g a uma temperatura de 60ºC, que se desprendeu de um motor de urna embarcação, é imerso em um recipiente contendo 48g de água a uma temperatura de 1 0ºC. Considerando somente as trocas de calor entre a água e o alumínio, determine a temperatura do equilíbrio térmico do sistema formado pela água e pelo metal e assinale a opção correta.
Dados: calor específico do alumínio = 0,2cal/gºC;
e calor específico da água = 1,0cal/gºC.
- A) 12ºC
- B) 13ºC
- C) 14ºC
- D) 15ºC
- E) 16ºC
A alternativa correta é letra A) 12ºC
Como o parafuso encontra-se mais quente do que a água, ele cederá calor para a água (com diminuição de temperatura) até alcançar uma temperatura de equilíbrio t.
Também, o módulo quantidade de calor cedida pelo alumínio será igual ao módulo da quantidade de calor recebida pela água, logo:
Q_{parfuso}=Q_{água}
vert m_{al}c_{al}Delta{T}vert=vert m_{água}c_{água}Delta{T}vert
vert 10times 0,2times(t-60)vert=vert 48times1times(t-10)vert
2times(60-t)=48times(t-10)
(60-t)=24times(t-10)
60-t=24t-240
25t=300
boxed{t=12,^oC}
Gabarito: A
1963) Para reparar um balaústre amassado (pedaço cilíndrico maciço de alumínio disposto no piso dos navios) de uma embarcação pertencente à Base Naval do Rio de Janeiro, um sargento especializado em metalurgia (MT) esquentou, usando um:maçarico, uma das extremidades do balaústre. Um marinheiro encostou a mão na outra extremidade, enquanto :9 sargento esquentava a barra. Em um movimento de ato: reflexo, devido à temperatura do material, o marinheiro retirou quase que instantaneamente a mão da· barra. Assinale a opção que apresenta o processo de propagação de calor que fez com que o marinheiro retirasse a mão, por ato reflexo, do balaústre em reparo.
- A) Convecção térmica.
- B) Infiltração térmica.
- C) Irradiação térmica.
- D) Condução térmica.
- E) Difusão térmica.
A alternativa correta é letra D) Condução térmica.
Condução térmica ou simplesmente condução é um processo de transferência de calor que ocorre no interior de sólidos, em razão de uma diferença de temperatura em pontos distintos do material. Na condução, a energia térmica é transferida entre os átomos e moléculas de um sólido sem que ocorra transferência de matéria, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico (mesma temperatura).
Esse fenômeno acontece em todas as substâncias, independentemente do seu estado físico, apesar de mais frequente em sólidos. Isso acontece porque, no estado sólido, a posição fixa dos átomos, que se encontram arranjados em uma rede cristalina, favorece o intercâmbio de energia entre os átomos em razão da frequência em que ocorrem as colisões entre essas partículas.
Analisemos as alternativas:
a) Convecção térmica. Falso. A transferência de calor por convecção ocorre quando há transmissão ou transferência de energia de um lugar para outro pelo deslocamento de meio material através de correntes que se estabelecem no interior do meio.
b) Infiltração térmica. Falso. A infiltração térmica está associada aos fluxo de ar dentro de determinado ambiente..
c) Irradiação térmica. Falso. A irradiação térmica é o termo que se usa para dizer que algum corpo está sendo exposto à radiação térmica. A irradiação térmica é um dos principais processos de transferência de calor, esse processo ocorre por meio da emissão de ondas eletromagnéticas emitidas por um corpo quente.
d) Condução térmica. Verdadeiro.
e) Difusão térmica. Falso. A difusividade térmica, uma propriedade térmica dos materiais, expressa a qualidade do material em difundir calor. Ela é definida como a razão entre a condutividade térmica e a capacidade térmica volumétrica de um material.
Gabarito: D
1964) Em um dia de verão bastante quente, visando beber uma água gelada durante o serviço, o sargento “SAFO” enche um recipiente com 2kg de gelo filtrado a 0ºC. Determine a quantidade de calor necessário apenas para fundir todo o gelo que o sargento inseriu no recipiente. Considere que o evento ocorre à pressão atmosférica e assinale a opção correta.
Dado: calor latente de fusão do gelo = 80ºcal/g.
- A) 40 kcal
- B) 80 kcal
- C) 120 kcal
- D) 160 kcal
- E) 200 kcal
A alternativa correta é letra D) 160 kcal
A quantidade de calor latente de fusão é dada por:
Q=mL
Logo teremos:
Q=2000times80
Obs: A massa do gelo deve estar em em gramas.
Q=160000,Cal=160,kcal
Gabarito: D
1965) Observe a figura abaixo.
Uma barra cilíndrica de 1,0 m de comprimento e base de área 5,0 cm2 está envolta por um isolante térmico e possui uma de suas extremidades mantida em contato térmico com uma câmara de vapor de água em ebulição. A outra extremidade da barra está imersa em uma cuba que contém uma mistura bifásica de água e gelo em equilíbrio térmico.Sabe-se que o coeficiente de condutividade térmica do cilindro é 0,50 cal/s.cm.°C e o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g. Determine a massa de gelo que se funde em 144 segundos e a temperatura da barra cilíndrica a uma distância situada a 80 cm da extremidade mais fria e assinale a opção correta.
Dado: A pressão atmosférica é a do nível do mar.
- A) 2,5 g e 20 'C
- B) 3,0 g e 20 'C
- C) 3,7 g e 60 'C
- D) 4,5 g e 80 'C
- E) 6,2 g e 80'C
A alternativa correta é letra D) 4,5 g e 80 'C
Aplicando diretamente a fórmula de condução de calor:
C = dfrac{k A Delta T}{L} = dfrac{0,5 times 5 times 100}{100} = 2,5 cal/s
Em 144 segundos, temos que a caloria será.
Q = 360 , cal
No caso da fusão de gelo,
m times L = 360
m = 4,5 , g
Com isso já temos o gabarito LETRA D.
Seguindo no cálculo, temos que o fluxo é constante em todo o trecho da barra. Logo, pegando o fluxo total e igualando a um fluxo setorial da barra, temos uma igualdade como a dada abaixo (fluxo total comparado ao fluxo na posição 80)
dfrac{k A Delta T_{100}}{L_{100}} = dfrac{k A Delta T_{80}}{L_{80}}
dfrac{100 - 0}{100} = dfrac{T-0}{80}
T = 80 , °C
Gabarito: LETRA D.
1966) O gráfico representa a relação entre a temperatura medida em uma escala de temperatura hipotética X e a temperatura medida na escala Celsius, sob pressão normal.
A temperatura de fusão do gelo e a de ebulição da água são, em graus X, respectivamente iguais a
- A) -20 e 50.
- B) 20 e 50.
- C) -20 e 55.
- D) 20 e 55.
- E) -20 e 60.
A alternativa correta é letra C) -20 e 55.
Questão de análise gráfica.
Pegando as coordenadas (80,40) do gráfico, temos
y - y_0 = m times (x - x_0)
y - 40 = dfrac{40 - (-20)}{80} times (x - 80)
Para sabermos a fusão do gelo, que ocorre a 0 graus, basta vermos que essa temperatura ocorre a - 20 na temperatura hipotética.
Já para a temperatura de ebulição, que ocorre a 100,
y - 40 = dfrac{60}{80} times (100 - 80)
y = 55 , °
Gabarito: LETRA C.
1967) Analise as afirmativas a seguir.
I. As moléculas de um corpo, quer ele se encontre na fase sólida, na fase líquida ou na fase gasosa, possuem energia cinética, mas não possuem calor. Calor é energia em trânsito.
II. Quando a energia cinética de um corpo varia, a energia cinética média de suas moléculas também varia. Consequentemente, ele cedeu ou recebeu energia, mas não necessariamente calor. A energia pode ter sido por ele cedida ou recebida sob forma de trabalho.
III. A fase em que uma substância se encontra depende de suas condições de pressão e temperatura, é possível que uma substância se encontre na fase sólida e líquida, por exemplo, em uma mesma temperatura.
Está correto o que se afirma em
- A) II, apenas.
- B) I e II, apenas.
- C) I e III, apenas.
- D) II e III, apenas.
- E) I, II e III.
A alternativa correta é letra E) I, II e III.
CORRETA. Mesmo partículas sólidas, embora em menor grau, possuem velocidade cinética.
CORRETA. A energia pode variar se comprimirmos expandirmos um gás.
III. A fase em que uma substância se encontra depende de suas condições de pressão e temperatura, é possível que uma substância se encontre na fase sólida e líquida, por exemplo, em uma mesma temperatura. CORRETA. Imagine água e gelo a uma temperatura estática de 0 graus. Se nenhum calor for fornecido, as duas coexistiram.
Gabarito: LETRA E.
1968) Tem-se uma esfera metálica oca de raio R à temperatura ambiente. A interseção dessa esfera com um plano é um círculo. Em particular, quando o plano contém o centro C da esfera, o círculo obtido é um “círculo máximo”, de raio igual ao raio R da esfera, como ilustra a figura.
Quando a temperatura sofre uma variação Δθ, o volume da esfera sofre uma variação ΔV e a área do círculo máximo sofre variação ΔA. No entanto, seja qual for a variação de temperatura ocorrida, a razão frac{ΔV}{ΔA} permanece igual a
- A) 2R.
- B) frac{3}{4}R.
- C) R.
- D) frac{2}{3}R.
- E) frac{1}{2}R.
A alternativa correta é letra A) 2R.
Aplicando diretamente:
dfrac{Delta V}{Delta A} = dfrac{V_0 times alpha_v times Delta Theta}{A_0 times alpha_A times Delta Theta}
Entretanto, sabemos que os coeficientes acompanham a ordem de grandeza da unidade.
No dilatamento linear temos alpha; no dilatamento de área temos 2 alpha; e no dilatamento volumétrico 3 alpha
dfrac{Delta V}{Delta A} = dfrac{V_0 times 3 alpha times Delta Theta}{A_0 times 2 alpha times Delta Theta}
dfrac{Delta V}{Delta A} = dfrac{3}{2} dfrac {V_0}{A_0}
dfrac{Delta V}{Delta A} = dfrac{3}{2} dfrac {4/3 pi R^3}{pi R^2} = dfrac{4}{2} R = 2R
Gabarito: LETRA A.
1969) O gráfico abaixo indica a variação de temperatura ΔT, em função da quantidade de calor Q, transferida a dois sistemas A e B, de massas iguais, inseridos em calorímetros ideais.
De acordo com a análise gráfica é possível concluir que a relação entre o calor específico (cA) e (cB) dos materiais presentes nos sistemas A e B, respectivamente, é
- A) cA = 4.cB
- B) cA = 2.cB
- C) cA = cB
- D) cA = frac{C_B}{2}
- E) cA = frac{C_B}{4}
A alternativa correta é letra D) cA = frac{C_B}{2}
Aplicando diretamente, nos pontos (4.000,40):
dfrac{Q_A}{Q_B} = dfrac{m_A c_A Delta T_A}{m_B c_B Delta T_B}
dfrac{4.000}{4.000} = dfrac{c_A times (40-0)}{c_B times (20 - 0)}
c_A = dfrac{1}{2} c_B
Gabarito: LETRA D.
1970) Um calorímetro de capacidade térmica desprezível contém 300g de gelo a 0ºC. Nele são injetados 30g de vapor d’água a 100ºC. O calor de fusão do gelo é 80cal/g, o calor de condensação do vapor d’água é 540cal/g e o calor específico da água (líquida) é 1,0cal/gºC.
Quando se restabelece o equilíbrio térmico, a massa de água (líquida) contida no calorímetro é
- A) 210g.
- B) 240g.
- C) 270g.
- D) 300g.
- E) 330g.
A alternativa correta é letra C) 270g.
Temos 3 etapas, teoricamente,
- Fusão do gelo
- Aquecimento da água do gelo
- Condensação do gás
m_{gelo, der} times L_{fus} = m times c times Delta T + m_{gas, condens} times L_{vcon}
m_{gelo, der} times 80 = 30 times 540 + 30 times 1 times (100 - 0)
m_{gelo, der} = 240 , g
Como sempre, FGV já coloca uma alternativa para induzir o aluno ao erro. A massa acima é proveniente do gelo derretido. Temos, entretanto, os 30g do gás que aqueceu o gelo.
"Como eu sei que foi todo o gás que liquefez?". Reparem que no equilíbrio você tem água e gelo (logo, o equilíbrio é 0 graus celcius (que utilizamos também acima). A 0 graus não temos gás de água algum.
m_{agua} = m_{gelo, der} + m_{vapor, cond} = 240 + 30 = 270 , g
Gabarito: LETRA C.