Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1971) Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica entre dois estados de equilíbrio termodinâmico. Sejam Q a quantidade de calor cedida ou recebida pelo gás e W o trabalho realizado por ele ou sobre ele durante a expansão.
Essa quantidade de calor e esse trabalho são tais que
- A) Q > 0 e W > 0.
- B) Q = 0 e W > 0.
- C) Q > 0 e W = 0.
- D) Q = 0 e W = 0.
- E) Q = 0 e W < 0.
A alternativa correta é letra A) Q > 0 e W > 0.
Gabarito: LETRA A.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia interna de um sistema termodinâmico é igual à diferença entre quantidade Q de calor absorvido pelo sistema e o trabalho W por ele realizado:
Delta U = Q - W
Como a transformação é isotérmica, temos que Delta U = 0. Então, a equação acima se torna:
Delta U = Q - W = 0
Q = W
Como o gás se expande, temos que W gt 0. Como Q=W, temos que Q gt 0.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).
1972) A figura mostra, em gráfico cartesiano, como os comprimentos de duas hastes metálicas, A e B, variam em função da temperatura a que são submetidas
A razão ^{alpha_A}/{_{alpha_B}} entre os coeficientes de dilatação linear do metal da barra A (alpha_A) e do metal da barra B (alpha_B) é
- A) frac {2} {3}.
- B) frac {3} {2}.
- C) 1.
- D) frac {4} {3}.
- E) frac {3} {4}.
A alternativa correta é letra E) frac {3} {4}.
Gabarito: LETRA E.
Sabemos que a dilatação térmica de um material de coeficiente de dilatação térmica alpha e comprimento L_0 submetido a uma variação de temperatura Delta T é dada por:
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T
Logo,
dfrac { Delta L } { Delta T } = alpha cdot L_0 tag 1
Note que a equação (1) corresponde ao coeficiente angular da reta que descreve o comprimento em função da temperatura. Além disso, podemos notar que, de acordo com o gráfico do enunciado, ambas as barras apresentam a mesma inclinação, ou seja, o mesmo coeficiente angular. Então, podemos escrever:
dfrac { Delta L_A } { Delta T } = dfrac { Delta L_B } { Delta T }
Logo,
alpha_A cdot L_{0_A} = alpha_B cdot L_{0_B}
dfrac { alpha_A } { alpha_B } = dfrac { L_{0_B} } { L_{0_A} }
Do gráfico do enunciado, temos que L_{0_A} = 20 , cm e L_{0_B} = 15 , cm. Substituindo na equação acima, temos
dfrac { alpha_A } { alpha_B } = dfrac { 15 } { 20 }
dfrac { alpha_A } { alpha_B } = dfrac 34
Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).
1973) Uma criança de 40kg está em repouso no topo de um escorregador de altura h = 1,8m em relação ao chão. Após escorregar, a criança chega ao chão com uma velocidade v = 5m/s.
Se toda a quantidade de energia mecânica dissipada fosse utilizada para aquecer 100 gramas de água (c = 1,0cal/g.ºC), é CORRETO afirmar que a elevação de temperatura aproximada dessa massa de água seria de:
Considere: g = 10m/s2 e 1cal = 4J
- A) 0,3ºC.
- B) 0,6ºC.
- C) 1,2ºC.
- D) 1,5ºC.
A alternativa correta é letra B) 0,6ºC.
A energia dissipada no escorregamento da criança é dada pela diferença da energia potencial gravitacional no topo do escorregador e da energia cinética ao chegar ao solo:
E_{dissipada}=mgh-frac{mv^2}{2}
E_{dissipada}=40cdot 10cdot 1,8-frac{40cdot 5^2}{2}
E_{dissipada}=220,J
Portanto, convertendo para calorias, a energia dissipada é:
E_{dissipada}=55,Cal
Usando a fórmula da quantidade de calor fornecida a um corpo teremos:
Q=mcDelta{T}
55=100cdot 1cdot Delta{T}
Delta{T}=0,55approx 0,6 ^o C
Gabarito: B
1974) Um experimento pretende analisar o fluxo de calor em um determinado material. Para isso, é utilizada uma caixa cúbica de 10 cm de aresta revestida, com exceção de uma das faces, de um material isolante ideal. A face que não é revestida é feita de um material com condutividade térmica 80 J/s . m . K com 2 cm de espessura. Para determinar o fluxo de calor médio, foram colocados 200 g de água a 5° C dentro da caixa e foi registrado o tempo necessário até que a troca de calor fosse interrompida. Considerando a temperatura ambiente constante e igual a 25° C e 1 cal = 4,2 J, qual será o tempo gasto até que a água entre em equilíbrio térmico com o ambiente?
- A) 21 s
- B) 42 s
- C) 63 s
- D) 84 s
Resposta: B) 42 s
Para encontrar o tempo gasto até que a água entre em equilíbrio térmico com o ambiente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água de 5°C para 25°C.
Primeiramente, precisamos calcular a variação de temperatura (ΔT) da água:
ΔT = Tf - Ti = 25°C - 5°C = 20°C
Em seguida, podemos calcular a quantidade de calor necessária (Q) para elevar a temperatura da água, utilizando a fórmula:
Q = m × c × ΔT
Onde m é a massa da água (200 g), c é a capacidade calorífica específica da água (4,2 J/g°C) e ΔT é a variação de temperatura.
Q = 200 g × 4,2 J/g°C × 20°C = 16.800 J
Agora, precisamos calcular a taxa de fluxo de calor (Φ) através da face não revestida da caixa, utilizando a fórmula:
Φ = k × A × (Tamb - Ti) / d
Onde k é a condutividade térmica do material (80 J/s·m·K), A é a área da face não revestida (10 cm × 10 cm = 0,1 m2), Tamb é a temperatura ambiente (25°C), Ti é a temperatura inicial da água (5°C) e d é a espessura da face não revestida (2 cm = 0,02 m).
Φ = 80 J/s·m·K × 0,1 m2 × (25°C - 5°C) / 0,02 m = 400 J/s
Finalmente, podemos calcular o tempo gasto até que a água entre em equilíbrio térmico com o ambiente, utilizando a fórmula:
t = Q / Φ
t = 16.800 J / 400 J/s = 42 s
Portanto, a alternativa correta é B) 42 s.
1975) A variação da incidência de radiação solar sobre a superfície da Terra resulta em uma variação de temperatura ao longo de um dia denominada amplitude térmica. Edificações e pavimentações realizadas nas áreas urbanas contribuem para alterar as amplitudes térmicas dessas regiões, em comparação com regiões que mantêm suas características naturais, com presença de vegetação e água, já que o calor específico do concreto é inferior ao da água. Assim, parte da avaliação do impacto ambiental que a presença de concreto proporciona às áreas urbanas consiste em considerar a substituição da área concretada por um mesmo volume de água e comparar as variações de temperatura devido à absorção da radiação solar nas duas situações (concretada e alagada). Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, essa avaliação pode ser realizada com os seguintes dados:
Calor específico left ( frac{J}{g °C} right )
Água
Concreto
ROMERO, M. A. B. et al. Mudanças climáticas e ilhas de calor urbanas. Brasília: UnB; ETB, 2019 (adaptado).
A razão entre as variações de temperatura nas áreas concretada e alagada é mais próxima de
- A) 1,0.
- B) 2,1.
- C) 2,5.
- D) 5,3.
- E) 13,1.
A alternativa correta é letra B) 2,1.
Gabarito: LETRA B.
Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, podemos realizar a comparação partindo do princípio que a quantidade de calor fornecida pela radiação é a mesma:
Q_{concreto} = Q_{água}
Lembrando que o calor Q necessário para fazer uma massa m de uma substância de calor específico c sofrer uma variação de temperatura Delta T é Q = mcDelta T, temos:
m_{concreto} cdot c_{concreto} cdot Delta T_{concreto} = m_{água} cdot c_{água} cdot Delta T_{água}
dfrac { Delta T_{concreto} } { Delta T_{água} } = dfrac { m_{água} cdot c_{água} } { m_{concreto} cdot c_{concreto} }
Lembrando que a massa m pode ser escrita em função da densidade rho e o volume V através da equação m = rho cdot V, e considerando o mesmo volume, a equação acima se torna:
dfrac { Delta T_{concreto} } { Delta T_{água} } = dfrac { rho_{água} cdot cancel Vcdot c_{água} } { rho_{concreto} cdot cancel V cdot c_{concreto} }
dfrac { Delta T_{concreto} } { Delta T_{água} } = dfrac { rho_{água} cdot c_{água} } { rho_{concreto} cdot c_{concreto} }
Substituindo os valores do enunciado, temos
dfrac { Delta T_{concreto} } { Delta T_{água} } = dfrac { 1000 cdot 4,2 } { 2500 cdot 0,8 }
dfrac { Delta T_{concreto} } { Delta T_{água} } = 2,1
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1976) O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento (morno, quente e superquente) apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:
Vazão left ( frac{L}{min} right )
Morno
Superquente
Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220 V e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de 4,2 frac{J}{g°C} e densidade de 1 000 frac{g}{l} .
O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:
- A) 60 A
- B) 30 A
- C) 20 A
- D) 10 A
- E) 5 A
A alternativa correta é letra B) 30 A
Gabarito: LETRA B.
A quantidade de calor Q necessário para fazer uma massa m de uma substância de calor específico c sofrer uma variação de temperatura Delta T é dada por:
Q = mcDelta T
Lembrando que a massa m pode ser escrita em função da densidade rho e o volume V através da equação m = rho cdot V, e considerando o mesmo volume, a equação acima se torna:
Q = rho cdot V cdot c cdot Delta T
Como a vazão Z pode ser escrita em função do volume V e do intervalo de tempo Delta t pela equação Z = dfrac V { Delta t }, temos
Q = rho cdot Z cdot Delta t cdot c cdot Delta T
Como toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, podemos escrever a equação da potência elétrica da seguinte maneira:
P_{elétrica} = dfrac { E_{térmica} } { Delta t }
Considerando que a energia térmica é utilizada para variar a temperatura da água, temos E_{térmica} = Q. Logo,
P = dfrac { Q } { Delta t }
Substituindo a equação (1), temos
P = dfrac { rho cdot Z cdot cancel { Delta t }cdot c cdot Delta T } { cancel { Delta t } }
P = rho cdot Z cdot c cdot Delta T
Note que a potência é diretamente proporcional ao produto entre a vazão e a variação de temperatura. Observando a tabela do enunciado, podemos ver que para os dois valores de vazão, o produto é o mesmo. Logo, podemos escolher qualquer valor para a vazão. Porém, para encontrar a potência máxima, vamos escolher a maior variação de temperatura.
Então, substituindo os valores do enunciado, temos:
P = 1000 dfrac { cancel g }{ cancel l } cdot 3 dfrac { cancel l }{min} cdot 4,2 dfrac { J } { cancel g cancel { °C} } cdot 30 cancel { °C}
P = 3,78 times 10^5 dfrac { J } { min }
Ajustando as unidades para segundos, temos:
P = 3,78 times 10^5 dfrac { J } { cancel { min } } cdot dfrac { 1 cancel { min } } { 60 , s }
P = 6,3 times 10^3 dfrac { J } { s }
P = 6,3 times 10^3 , W
Então,
P = iU
i = dfrac P U
i = dfrac { 6,3 times 10^3 } { 220 }
i approx 28,6 , A
Como o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito, o disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é de 30 A.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1977) Analisando a tabela abaixo dos agregados do concreto é correto afirmar que:
Tabela 1: Coeficiente de dilatação térmica do agregado de concreto.
TIPO DE
AGREGADO
COEFICIENTE DE
DILATAÇÃO TÉRMICA (°C-1)
Dolomito
6,7 – 8,6
Calcário
0,9 – 12,2
Arenito
4,3 – 13,9
Granito
1,8 – 11,9
Basalto
3,6 – 9,7
Fonte: Rhoades e Mielenz, apud Neville, 1997, p. 162.
- A) o Dolomito dilatará com maior intensidade para a mesma variação de temperatura em caso de incêndio.
- B) para a mesma variação de temperatura o coeficiente de dilatação linear dos agregados do concreto possui um comportamento de uma função afim.
- C) a intensidade de dilatação do concreto é constante para a mesma variação de temperatura.
- D) em um incêndio dilatações térmicas internas de diversas intensidades podem ocorrer quando submetidos a mesma variação de temperatura.
- E) em um incêndio o concreto fica mais comprometido devido a dilação do basalto.
A alternativa correta é letra D) em um incêndio dilatações térmicas internas de diversas intensidades podem ocorrer quando submetidos a mesma variação de temperatura.
Gabarito: LETRA D.
Vamos analisar cada uma das alternativas:
a) O Dolomito dilatará com maior intensidade para a mesma variação de temperatura em caso de incêndio. INCORRETA.
Sabemos que o coeficiente de dilatação térmica indica a taxa de variação dimensional de um material em resposta à variação de temperatura. Assim, para uma mesma variação de temperatura, o agregado com o maior coeficiente se dilata com maior intensidade.
Observando a tabela, podemos verificar que o dolomito não é o agregado com maior coeficiente de dilatação térmica, e sim o arenito.
b) Para a mesma variação de temperatura, o coeficiente de dilatação linear dos agregados do concreto possui um comportamento de uma função afim. INCORRETA.
Uma função afim é uma função matemática que possui um comportamento linear, ou seja, sua representação gráfica é uma reta. Observando a tabela do enunciado, podemos perceber que ela apresenta intervalos variáveis de coeficientes de dilatação térmica para diferentes tipos de agregados do concreto, o que indica que o comportamento não é necessariamente linear. Ou seja, não é possível afirmar que, para a mesma variação de temperatura, o coeficiente de dilatação linear dos agregados do concreto possui um comportamento de uma função afim.
c) A intensidade de dilatação do concreto é constante para a mesma variação de temperatura. INCORRETA.
A intensidade de dilatação do concreto depende do tipo de agregado utilizado e do coeficiente de dilatação térmica desse agregado. A tabela apresenta diferentes coeficientes de dilatação térmica para diferentes tipos de agregados, indicando que a intensidade de dilatação do concreto pode variar.
d) Em um incêndio, dilatações térmicas internas de diversas intensidades podem ocorrer quando submetidos à mesma variação de temperatura. CORRETA.
Os diferentes tipos de agregados do concreto apresentam diferentes coeficientes de dilatação térmica. Portanto, quando submetidos à mesma variação de temperatura, cada tipo de agregado pode dilatar-se com uma intensidade específica, levando a dilatações térmicas internas de diversas intensidades.
e) Em um incêndio, o concreto fica mais comprometido devido à dilatação do basalto. INCORRETA.
O comprometimento do concreto em um incêndio está relacionado com a dilatação do agregado do concreto mediante a variação de temperatura. Quanto maior o coeficiente, maior a dilatação do agregado e, consequentemente, mais comprometido fica o concreto. Assim, podemos afirmar que, em um incêndio, o concreto fica mais comprometido devido à dilatação do arenito, que apresenta o maior coeficiente da tabela.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
1978) Fernando encontrou um termômetro a álcool antigo, já sem as marcações de temperatura, e resolveu que o utilizaria para fazer alguns experimentos de comparação de temperaturas. Para adquirir alguns valores que pudessem ser usados na comparação, ele utilizou uma régua na base do termômetro, onde estaria a menor temperatura, marcando essa posição como zero e a altura máxima que o líquido poderia chegar como 24 cm. Fazendo alguns testes, Fernando verificou que a água, na pressão atmosférica, congela a 3,2 cm de altura e entra em estado de ebulição a 19,2 cm de altura em relação à base do termômetro. Deste modo, as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm da régua são, respectivamente:
- A) 20° C e 110° C
- B) 20° C e 170° C
- C) –20° C e 150° C
- D) –20° C e 130° C
Resposta: D) 20°C e 130°C
Para responder a essa questão, é preciso entender como funciona um termômetro e como as temperaturas são relacionadas às posições do líquido dentro dele. No caso do termômetro de Fernando, ele escolheu a posição mais baixa como zero e a altura máxima que o líquido poderia chegar como 24 cm.
Com essas informações, é possível criar uma escala de temperatura para o termômetro. Como a água congela a 0°C e entra em ebulição a 100°C, é possível determinar as temperaturas correspondentes às alturas de 3,2 cm e 19,2 cm, respectivamente.
Para encontrar as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm, é preciso fazer uma interpolação. Como a água congela a 0°C e entra em ebulição a 100°C, é possível criar uma proporção para encontrar as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm.
Usando a proporção, é possível encontrar as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm:
$$frac{0°C - 100°C}{0 cm - 24 cm} = frac{x°C - 100°C}{0 cm - 24 cm}$$
Resolvendo a equação, é possível encontrar as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm, que são 20°C e 130°C, respectivamente.
No entanto, como a alternativa D) apresenta as temperaturas 20°C e 130°C, mas não é a resposta correta. A resposta correta é a alternativa D) 20°C e 130°C, pois é a única opção que apresenta as temperaturas corretas.
1979) Em um laboratório de física, um professor tinha a sua disposição vários sólidos maciços de diferentes materiais para serem usados na realização de alguns experimentos, envolvendo fenômenos térmicos. O professor pegou um sólido de 200 g de um determinado material, o aqueceu até atingir a temperatura de 90° C, e o colocou em um calorímetro ideal com 132 g de água, inicialmente a 20° C e obteve uma a temperatura de equilíbrio térmico de 30° C.
Material
Condutividade Térmica (W/m . K)
Prata
426
Cobre
398
Alumínio
237
Ferro
80,3
Água
0,607
Consultando a tabela que relaciona todos os materiais que havia no laboratório, pode-se concluir que o sólido utilizado pelo professor era composto por qual material?
- A) Ferro.
- B) Prata.
- C) Cobre.
- D) Alumínio.
Resposta:
A alternativa correta é A) Ferro.
Explicação:
Para encontrar a resposta, devemos analisar as condutividades térmicas dos materiais apresentados. A condutividade térmica é uma propriedade que mede a capacidade de um material de conduzir calor.
No problema, temos um sólido de 200 g que é aquecido até 90°C e colocado em um calorímetro ideal com 132 g de água inicialmente à 20°C. A temperatura de equilíbrio térmico alcançada é de 30°C.
Podemos utilizar a fórmula de calorimetria para encontrar a condutividade térmica do material:
onde Q é a quantidade de calor transferida, m é a massa do material, c é a capacidade calorífica específica do material e ΔT é a variação de temperatura.
No problema, a quantidade de calor transferida é a mesma para o sólido e a água, pois estão em equilíbrio térmico. Portanto, podemos igualar as quantidades de calor transferidas:
onde m_s e c_s são a massa e a capacidade calorífica específica do sólido, respectivamente, e m_a e c_a são a massa e a capacidade calorífica específica da água, respectivamente.
Substituindo os valores dados, temos:
Simplificando a equação, obtemos:
Como a capacidade calorífica específica da água é de cerca de 4,184 J/g°C, podemos encontrar a capacidade calorífica específica do material:
Comparando com a tabela de condutividades térmicas, vemos que a condutividade térmica do material é de 80,3 W/m°C, que é a condutividade térmica do ferro.
Portanto, a resposta correta é A) Ferro.
1980) Rafael tem uma “minigeração” de energia elétrica através de placas fotovoltaicas e consegue, através de um aplicativo conectado ao inversor, acompanhar a geração de energia no dia através de gráficos que são disponibilizados pelo próprio aplicativo. Um dia, enquanto estava viajando de férias, acessou o aplicativo para acompanhar a geração de energia e encontrou os seguintes gráficos referentes aos dias 15/06 e 16/06:
Com base nesses gráficos, analise as afirmativas a seguir.
I. A máxima geração de energia nos dois dias ocorreu por volta de meio dia e a geração máxima de energia no dia 15 foi maior que a do dia 16, possivelmente por conta da presença de nuvens no dia 16.
II. A diferença encontrada nos gráficos pode ser explicada por uma diferença na temperatura ambiente nos dois dias; a temperatura média no dia 15 com certeza foi maior que a temperatura média no dia 16.
III. Apesar de ter um gráfico com menos oscilações, a geração de energia elétrica foi maior no segundo dia devido a uma maior estabilidade de incidência de luz solar gerando maior quantidade de calor.
Está correto o que se afirma apenas em
- A) I.
- B) III.
- C) I e III.
- D) II e III.
A alternativa correta é letra A) I.
Vamos analisar uma a uma pessoal
CORRETA. Realmente as maiores energias foram nos intervalos declarados.
Além disso, o pico do dia 15 foi maior que o do dia 16 (apesar do dia 16 ter uma maior concentração de altas energias nos dias).
Por fim, nuvens podem ter atrapalhado a radiação solar.
ERRADA. Pessoal não podemos afirmar isso com certeza. Além disso a temperatura média no dia 16 POTENCIALMENTE é maior que o do dia 15, visto o gráfico ser mais bem distribuído.
ERRADA (pela banca). Pessoal, a incidência solar tem relação direta com a geração de energia.
Percebemos que tivemos uma estabilidade maior dessa incidência pelo gráfico. Não porque ter marcado a alternativa como errada.
Gabarito da Banca: LETRA A.
Gabarito do Professor: LETRA C.