Questões Sobre Termologia - Física - concurso
1991) Um aquecedor elétrico de dados nominais (1,0 kW-220 V) é ligado normalmente na rede elétrica e inserido em um frasco adiabático contendo 1,0 L de água (d = 1,0 g/mL: c = 1,0 cal/g.ºC) a 0 ºC em contato com 500 g de gelo (Lfusão = 80 cal/g) a 0 ºC também. O sistema é aquecido até atingir a temperatura de 20 ºC. Considerando a relação de 4 joules para cada caloria, o intervalo de tempo necessário para o sistema atingir tal temperatura deve ser de
- A) 3min20s.
- B) 1min23s.
- C) 4min40s.
- D) 2min40s.
- E) 18,06 s.
A alternativa correta é letra C) 4min40s.
Por definição, a potência é a energia fornecida na unidade de tempo. Logo, podemos escrever:
P=frac{Delta{E}}{Delta{t}}
Logo, a energia fornecida pelo aquecedor ao sistema adiabático será:
E=PcdotDelta{t}
Agora, façamos por partes a energia que deve ser fornecida, em calorias, para toda que toda a massa de gelo e água alcance a temperatura de 20 ºC.
- Água a 0 ºC:
Q=m_{água}cDelta{T}
Q=1000cdot1cdot(20-0)=20000,Cal
- Gelo a 0 ºC:
Q=m_{gelo}L_{fusão}
Q=500cdot80=40000,Cal
- Gelo que se transformou em água a 0 ºC:
Q=500cdot1cdot(20-0)=10000,Cal
Portanto, agora podemos escrever a equação:
PcdotDelta{t}=4cdot(20000+40000+10000)
1000cdotDelta{t}=4cdot(70000)
boxed{Delta{t}=4cdot70=280,s=4,min,40,s}
Gabarito: C
1992) Um estudante de determinada universidade, mesmo estando de férias, realizou uma experiência científica enquanto visitava a casa de praia da família. Nessa experiência, ele converteu uma barra de gelo de 100 gramas, inicialmente -10 ºC, em água a 5 ºC. Sabendo que, ao nível do mar, o gelo se funde a 0 ºC, e desprezando qualquer perda de energia, assinale a alternativa correspondente à quantidade de calor, em quilocalorias (Kcal), que o estudante forneceu ao sistema.
Dados: calor específico do gelo:c_{gelo}= 0,5 cal/gºC;; calor específico da água: c_{água}= 1 cal/gºC; calor latente de fusão do gelo: L_F= 80 cal/g
- A) 150
- B) 108
- C) 58
- D) 142
- E) 158
Since this question was annulled and does not have a correct answer, I will not provide a direct response. However, I can explain the process to solve this problem.
The student is converting 100 grams of ice from -10°C to 5°C. To find the amount of heat supplied, we need to consider two stages: first, the ice needs to be heated from -10°C to 0°C, and then it needs to be melted at 0°C. Finally, the resulting water needs to be heated from 0°C to 5°C.
Let's break down the calculation:
- Heating the ice from -10°C to 0°C: The specific heat of ice is 0.5 cal/g°C, so the heat required is: Q = mcΔT = 100 g × 0.5 cal/g°C × 10°C = 500 cal
- Melting the ice at 0°C: The latent heat of fusion of ice is 80 cal/g, so the heat required is: Q = mL = 100 g × 80 cal/g = 8000 cal
- Heating the resulting water from 0°C to 5°C: The specific heat of water is 1 cal/g°C, so the heat required is: Q = mcΔT = 100 g × 1 cal/g°C × 5°C = 500 cal
Adding up the heat required for each stage, we get: Q_total = 500 cal + 8000 cal + 500 cal = 9000 cal Since 1 kcal = 1000 cal, we can convert the answer to kcal: Q_total = 9000 cal / 1000 = 9 kcal
Since the correct answer is not among the options, I will not provide a specific answer. However, the process above shows how to calculate the total heat supplied to the system.
1993) 32. Em um experimento sobre dilatação térmica de uma barra, os dados obtidos acerca da variação no comprimento da barra, DeltaL, em função da variação na temperatura, DeltaT, estão apresentados no gráfico a seguir.
Considerando que o coeficiente linear da reta responsável pela regressão linear dos pontos acima seja 0,004 mm/ºC e que o comprimento inicial da barra seja 50 cm, o coeficiente de dilatação linear da barra é, em ºC–1,
- A) 2,0 x 10–5.
- B) 4,0 x 10–5.
- C) 8,0 x 10–5.
- D) 4,0 x 10–4.
- E) 8,0 x 10–4.
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Gabarito: ANULADA.
A dilatação linear de um corpo de comprimento inicial L_0 feito de um material de coeficiente de dilatação linear alpha que sofre uma variação de temperatura Delta T é dada por:
Delta L = L_0 alpha Delta T
Então, podemos escrever:
alpha = dfrac { Delta L }{ L_0 Delta T }
alpha = dfrac 1 { L_0 } dfrac { Delta L }{ Delta T }
Como a fração dfrac { Delta L }{ Delta T } corresponde ao coeficiente linear da reta do gráfico do enunciado, temos que:
alpha = dfrac 1 { 50 times 10^{-2} } cdot 0,004 times 10^{-3}
alpha = 8,0 times 10^{-6} °C^{-1}
Portanto, a questão não apresenta resposta correta.
1994) Uma panela contendo 2 kg de sopa é posta sobre a chama de um fogão por 3 minutos e tem sua temperatura aumentada em 10 ºC. Desprezando-se as perdas de calor para o meio ambiente e considerando o calor específico médio da sopa como 4000 J/kgºC, a quantidade de calor absorvido pela sopa, em joules por segundo, terá sido aproximadamente
- A) 66.
- B) 180.
- C) 444.
- D) 7660.
- E) 26667.
A alternativa correta é letra C) 444.
Gabarito: LETRA C.
A quantidade de calor Q necessária para fazer uma massa m de calor específico c sofrer uma variação Delta T em sua temperatura é dada por:
Q = m c Delta T
Substituindo os valores do enunciado, temos
Q = 2 cancel { kg } cdot 4000 dfrac { J } { cancel { kg } cancel {°C} } cdot 10 cancel { °C }
Q = 80.000 , J
A quantidade de calor absorvido por unidade de tempo, também conhecida como potência, é dada por:
P = dfrac { Q } { Delta t }
Do enunciado, temos que
Delta t = 3 , min = 3 cancel {min}cdot dfrac { 60 , s} {1 cancel {min}} = 180 , s
Assim, temos
P = dfrac { 80.000 , J } { 180 , s }
P approx 444 , J/s
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
1995) Uma amostra de uma certa substância passa por um processo de aquecimento e a respectiva curva de aquecimento, que relaciona a temperatura da amostra em função do tempo, apresenta dois platôs. O significado de um destes platôs é o de
- A) um aumento de temperatura da amostra.
- B) uma mudança de líquido para gás da amostra.
- C) uma mudança direta de sólido para um gás da amostra.
- D) a mudança da amostra de uma fase para outra, em que a temperatura varia.
- E) uma mudança de líquido para sólido da amostra.
A alternativa correta é letra B) uma mudança de líquido para gás da amostra.
Gabarito: LETRA B.
Ao fornecer calor para uma substância, é possível ocorrer dois efeitos: mudança de temperatura e mudança de estado físico.
O calor responsável por variar a temperatura de uma substância, sem que ocorra mudança de estado físico, é chamado de calor sensível, cujo valor é dado pela expressão matemática a seguir:
Q = m c Delta T
Onde m é a massa, c é o calor específico e Delta T é a variação da temperatura. Note que, mantendo uma taxa de calor constante, a temperatura varia linearmente, até que se alcance a temperatura de mudança de estado.
A partir desse momento, o calor utilizado para mudança de estado é chamado de calor latente, e é dado por:
Q = m L
Onde L é o calor latente. Durante a mudança de estado físico, não ocorre a variação da temperatura. Nesse caso, é possível verificar um platô na curva de aquecimento, como podemos ver na figura abaixo, que nos mostra a curva de aquecimento de uma substância, no qual ocorrem dois platôs (liquefação e vaporização):
Note que um destes platôs corresponde à mudança de fase do sólido para o líquido, enquanto a outra corresponde à mudança de líquido para gasoso.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1996) A condução é o processo de transferência de energia através de um meio material, sem transporte de matéria. A energia térmica se propaga de partícula para partícula do meio. A condução ocorre principalmente nos materiais sólidos, e os metais são considerados bons condutores de calor. Isso ocorre devido
- A) à grande quantidade de neutrons.
- B) a moléculas de pequeno tamanho.
- C) a moléculas de grande tamanho.
- D) à presença de elétrons livres.
- E) à grande quantidade de prótons.
A alternativa correta é letra D) à presença de elétrons livres.
Gabarito: LETRA D.
A transferência de calor é um processo de transferência de energia que ocorre entre dois corpos que possuem temperaturas diferentes, tendendo ao equilíbrio térmico, ou seja, é a troca de energia térmica que ocorre enquanto existir a diferença de temperatura. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: condução, convecção e radiação.
A condução térmica é uma forma de transferência de energia térmica que ocorre entre átomos e moléculas vizinhas, de forma que as moléculas em agitação maior (temperatura mais alta) provocam uma maior agitação nas moléculas de temperatura mais baixa.
Dessa forma, os metais são ótimos condutores de calor, pois os elétrons livres, que também são responsáveis pela condução elétrica, participam de maneira significativa do processo de condução térmica.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
1997) Suponha que, em escala linear de temperatura, denominada U, ao nível do mar, a água congele a 30ºU e evapore a 150ºU. Nessa situação, a relação entre uma dada temperatura na escala U (T_U) e na escala Celsius (T_C) é dada pela equação
- A) T_C= frac{5.T_U-180}{6} .
- B) T_C= frac{6.T_U-150}{5}.
- C) T_C= frac{5.T_U-150}{6}.
- D) T_C= 5. T_U- 150.
- E) T_C= 6. T_U- 180.
A alternativa correta é letra C) T_C= frac{5.T_U-150}{6}.
Gabarito: LETRA C.
Para encontrar uma relação entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum entre elas. Sabemos que a fusão do gelo ocorre em 0°C, que corresponde a 30°U, e a vaporização da água ocorre em 100°C, equivalente a 150°U. Assim, de acordo com o enunciado, podemos estabelecer uma relação entre as duas escalas como nos mostra a figura a seguir:
Então, utilizando a relação de proporção entre as escalas, podemos escrever:
dfrac { T_C-0 } { 100-0 } = dfrac { T_U-30 } { 150-30 }
dfrac { T_C } { 100 } = dfrac { T_U-30 } { 120 }
T_C = dfrac { 100 }{ 120 } left( T_U-30 right)
T_C = dfrac 56 left( T_U-30 right)
T_C = dfrac {5T_U-150} 6
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
1998) O texto a seguir é referência para a questão.
Em todas as questões, as medições são feitas por um referencial inercial. O módulo da aceleração gravitacional é representado por g. Onde for necessário, use g = 10 m/s2 para o módulo da aceleração gravitacional.
Uma barra metálica retilínea tem um comprimento inicial L_0 a uma temperatura T_0. O material do qual a barra é feita tem um coeficiente de dilatação linear térmico de valor a = 5 times 10^{-6} ,,^{ circ}{C}^{-1}. Considerando as informações apresentadas, assinale a alternativa que apresenta corretamente o valor da variação de temperatura triangle T necessária para que essa barra apresente uma variação triangle L em seu comprimento igual a 0,2% de seu comprimento inicial.
- A) triangle T = 500^{ circ} C
- B) triangle T = 400^{ circ} C
- C) triangle T = 300^{ circ} C
- D) triangle T = 200^{ circ} C
- E) triangle T = 100^{ circ} C
A alternativa correta é letra B) triangle T = 400^{ circ} C
Gabarito: LETRA B.
A dilatação térmica é um fenômeno físico que ocorre quando um material sofre uma variação em suas dimensões em resposta a uma variação em sua temperatura. Esse fenômeno é uma consequência da variação do espaçamento entre as moléculas ou átomos que compõem o material, que ocorre devido às mudanças em sua energia cinética.
Existem três tipos de dilatação térmica: linear, superficial e volumétrica. Cada um desses tipos é caracterizado pela forma como as dimensões do material se alteram em resposta a uma variação de temperatura.
Na dilatação térmica linear, o material sofre uma variação apenas em uma dimensão, como o comprimento. A dilatação térmica linear é descrita pela equação:
Delta L = alpha L_0 Delta T
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear térmico do material, L_0 é o comprimento inicial e Delta T é a variação da temperatura.
Assim, para que uma barra apresente uma variação Delta L = 0,2 % L_0, a variação de temperatura é dada por:
Delta L = alpha L_0 Delta T
Delta T = dfrac { Delta L }{ alpha L_0 }
Delta T = dfrac { 0,2 % cancel { L_0 } }{ alpha cancel { L_0 } }
Delta T = dfrac { dfrac { 0,2 } { 100 } }{ alpha }
Delta T = dfrac { 0,2 } { 100alpha }
Delta T = dfrac { 0,2 }{ 100 cdot 5,0 times 10^{-6} }
Delta T = dfrac { 0,2 }{ 5,0 times 10^{-4} }
Delta T = dfrac { 0,2 }{ 5,0 } times 10^{4}
Delta T = 0,004 times 10^{4}
Delta T = 400 , °C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
1999) O termopar é um sensor de temperatura constituído por dois fios metálicos distintos, 1 e 2, unidos em uma das extremidades pela chamada junção de medida, e conectados na outra extremidade a um voltímetro, conforme a figura.
Como esses fios são constituídos de metais diferentes, o voltímetro indica uma diferença de potencial que depende da temperatura lida pela junção de medida. Essa diferença de potencial é interpretada e determina a temperatura lida pelo termopar.
Os termopares são classificados com letras, dependendo dos metais utilizados em sua confecção. O gráfico mostra como varia a diferença de potencial (U), lida pelo voltímetro, em função da temperatura (θ), indicada por três tipos de termopares, E, K e N. Nesse gráfico, a sensibilidade do termopar, medida em mV/ºC, está associada à inclinação da reta tangente à curva, em determinado ponto.
De acordo com o gráfico,
- A) para uma mesma temperatura, a diferença de potencial lida pelo voltímetro é menor para o termopar do tipo E do que para o termopar do tipo K.
- B) o termopar do tipo E apresenta uma sensibilidade menor do que o termopar do tipo K para qualquer faixa de temperatura.
- C) para uma mesma diferença de potencial lida pelo voltímetro, o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E.
- D) na faixa de 600 ºC a 1 200 ºC, a sensibilidade do termopar do tipo K é maior do que a sensibilidade do termopar do tipo N.
- E) dos três tipos de termopares, o do tipo N é o que apresenta maior sensibilidade.
A alternativa correta é letra C) para uma mesma diferença de potencial lida pelo voltímetro, o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E.
Gabarito: LETRA C.
Vamos analisar cada uma das alternativas:
a) para uma mesma temperatura, a diferença de potencial lida pelo voltímetro é menor para o termopar do tipo E do que para o termopar do tipo K. INCORRETA.
Vamos escolher uma temperatura e observar a diferença de potencial lida pelo voltímetro para os termopares dos tipos E e K:
Observando a figura acima, podemos verificar que a diferença de potencial lida pelo voltímetro é maior para o termopar do tipo E do que para o termopar do tipo K.
b) o termopar do tipo E apresenta uma sensibilidade menor do que o termopar do tipo K para qualquer faixa de temperatura. INCORRETA.
A sensibilidade de um termopar refere-se à capacidade do dispositivo de gerar uma diferença de potencial em resposta a uma mudança na temperatura.
Assim, quando temos um gráfico que mostra como varia a diferença de potencial lida por um voltímetro em função da temperatura indicada pelo termopar, a inclinação da curva no gráfico representa a sensibilidade do termopar.
Dessa forma, se a curva tiver uma inclinação acentuada, indica que o termopar tem alta sensibilidade, ou seja, pequenas mudanças de temperatura gerarão grandes variações de tensão. Se a curva tiver uma inclinação mais suave, indica uma sensibilidade menor.
Observando o gráfico do enunciado, podemos verificar que o termopar do tipo E possui uma inclinação maior que o do tipo K. Logo, podemos afirmar que o termopar do tipo E apresenta uma sensibilidade maior do que o termopar do tipo K.
c) para uma mesma diferença de potencial lida pelo voltímetro, o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E. CORRETA.
Vamos escolher uma diferença de potencial lida pelo voltímetro e observar a temperatura correspondente para os termopares dos tipos N e E:
Da figura acima, podemos afirmar que para uma mesma diferença de potencial lida pelo voltímetro, o termopar do tipo N indica uma temperatura maior do que o termopar do tipo E.
d) na faixa de 600 ºC a 1 200 ºC, a sensibilidade do termopar do tipo K é maior do que a sensibilidade do termopar do tipo N. INCORRETA.
Como mencionamos na alternativa (b), a inclinação da curva no gráfico representa a sensibilidade do termopar. Observando o gráfico do enunciado, podemos verificar que, na faixa de 600 ºC a 1 200 ºC, a inclinação da curva do termopar do tipo K é igual à curva do termopar do tipo N. Logo, as sensibilidades são iguais.
e) dos três tipos de termopares, o do tipo N é o que apresenta maior sensibilidade. INCORRETA.
Como as sensibilidades dos termopares de tipos K e N são iguais, e a sensibilidade do termopar do tipo E é maior que a do tipo K, o termopar que apresenta a maior sensibilidade é o termopar do tipo E.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
2000) Os gráficos 1 e 2 mostram, respectivamente, a variação da temperatura de ebulição da água pura em função da pressão atmosférica e a variação da pressão atmosférica em função da altitude em relação ao nível do mar.
A tabela apresenta cinco cidades e suas respectivas altitudes aproximadas.
Considere que 1 000 g de água pura no estado líquido estavam, inicialmente, a 15 ºC em uma das cidades indicadas na tabela. Sabendo que, para iniciar a ebulição dessa massa de água em uma panela aberta, foi necessário fornecer à água 65 000 cal e que o calor específico da água líquida é 1 cal/(g · ºC), essa massa de água se encontrava na cidade de
- A) Mek’ele.
- B) Huaraz.
- C) Wenquan.
- D) Franca.
- E) Potosí.
A alternativa correta é letra C) Wenquan.
Gabarito: LETRA C.
O calor Q necessário para uma substância de massa m, de calor específico c, sofrer uma variação Delta T em sua temperatura é dado por:
Q = mcDelta T
Substituindo os valores do enunciado, podemos calcular a variação da temperatura da água para iniciar a ebulição da seguinte maneira:
65000 cancel {cal}= 1000 cancel g cdot 1 dfrac { cancel {cal} }{ cancel g °C }cdot Delta T
Delta T = 65°C
Logo,
T_{final} - T_{inicial} = 65°C
T_{final} = 65°C + T_{inicial}
Como a água estava inicialmente a 15°C, temos:
T_{final} = 65°C + 15°C
T_{final} = 80°C
Observando o gráfico 1 do enunciado, podemos afirmar que a temperatura de água é de 80°C quando a pressão atmosférica é igual à 355 mmHg.
Observando o gráfico 2 do enunciado, podemos afirmar que a pressão atmosférica é de 355 mmHg quando a altitude é de 5 km.
Observando a tabela do enunciado, podemos afirmar que a cidade com uma altitude de 5 km é a cidade de Wenquan.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).