Questões Sobre Termologia - Física - concurso

A alternativa correta é letra B) A Primeira Lei da Termodinâmica é uma consequência direta do princípio de conservação da energia. De acordo com esse princípio, a energia total de um sistema sempre se mantém constante, já que ela não é perdida, mas sim, transformada.

A) A lei zero da Termodinâmica diz que se dois corpos que apresentam a mesma temperatura, estão em contato com um terceiro corpo, então todos terão a mesma temperatura e não haverá troca de calor entre eles, caracterizando o equilíbrio térmico.

B) Chamamos de 1ª Lei da Termodinâmica o princípio da conservação de energia aplicada à termodinâmica, o que torna possível prever o comportamento de um sistema gasoso ao sofrer uma transformação termodinâmica.  Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor, esta poderá realizar um trabalho  e aumentar a energia interna do sistema ΔU, ou seja, expressando matematicamente:

Q=tau+Delta{U}

C) De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica É impossível para uma máquina térmica, operando em ciclos, converter integralmente calor em trabalho. Máquinas térmicas como o motor de carro, os motores de um avião a jato, os reatores nucleares e os geradores em uma usina termelétrica são máquinas que, após realizar um ciclo retornam às condições iniciais. Ao retornar às condições iniciais, qualquer máquina térmica deverá, necessariamente, rejeitar certa quantidade de calor para uma fonte fria.

D) O calor é a transferência de energia entre dois materiais de temperaturas diferentes. Em um nível atômico, o material com as moléculas de energia cinética maior, ou seja, com mais movimentação, são mais quentes. Quando esse material encontra outro com moléculas em velocidade menor, ou seja, mais frio, a energia é transferida até que o equilíbrio térmico seja alcançado e ambos estejam com a mesma temperatura.

E)  A potência é a energia fornecida ou recebida em um processo por unidade de tempo.

Portanto, concluímos que o gabarito é a letra B.

Gabarito: B

A alternativa correta é letra C) triangle^{ circ} F = { large 9 over 5} triangle^{ circ} C

A relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit é dada por:

frac{C}{5}=frac{F-32}{9}

F=frac{9C}{5}+32

Observe que na expressão acima a função F(C) tem um coeficiente para a variável C (alpha=frac{9}{5}) e uma constante k=32.  Perceba que o que determina a variação de temperatura em graus Fahrenheit( triangle^{ circ} F) em função da variação de temperatura em graus Celsius ( triangle^{ circ} C) é o coeficiente da variável C. 

A constante k não afeta a variação de F em função de C, ou seja, F(C).  Logo, poderemos escrever:

Delta{F}=frac{9}{5}Delta{C}

Gabarito: C

A alternativa correta é letra A)

O ciclo de maior rendimento é aquele que apresenta o maior trabalho termodinâmico.  Devemos nos lembra que o trabalho num ciclo termodinâmico é dado por:

W=Delta{P}cdotDelta{V}

Na prática, graficamente o trabalho é representado pela área do ciclo.  Logo, aquele que tiver a maior área será o de maior rendimento.  Portanto, concluímos que o gabarito é a letra A.

Gabarito: A

A alternativa correta é letra B) 1,4 x 10^-2

Gabarito: LETRA B.

Para determinar a condutibilidade térmica (k) do material, podemos usar a Lei da Condução de Calor, que relaciona a transferência de calor através de um material a partir da variação de temperatura e outras propriedades do material. A equação que descreve a condução de calor é:

Phi = dfrac {k cdot A cdot Delta T} { ε }

Onde: - Phi = dfrac Q {Delta t} é a taxa de transferência de calor ( em W, ou J/s) - k é a condutibilidade térmica do material em W cdot m^{-1} cdot K^{-1} - A é área de transferência de calor (em m^2)

- Delta T é a diferença de temperatura (T_{interno} - T_{externo}, em K) - ε é a espessura do material (em m)

Assim, temos que:

dfrac Q {Delta t} = dfrac{k cdot A cdot Delta T} {ε}

k = dfrac{ Q cdot ε } { Delta t cdot A cdot Delta T} tag 1

Primeiro, precisamos converter a quantidade de calor fornecida para o sistema de calorias para joules, sabendo que 1 caloria é aproximadamente igual a 4,184 joules:

Q = 1000 , cal = 1000 cdot 4,184 , J = 4184 , J

Do enunciado, temos que ε = 3 mm = 0,003 , m e Delta t = 5 , min = 300 , s. A área de transferência de calor (A) é a área da superfície interna do tubo, que é dada por

A_{int} = 2pi r_{int} L

Onde r_{int} é o raio interno e L é o comprimento do tubo. Do enunciado, temos que o raio externo é r = 10 cm e a espessura é ε = 3 mm. Assim, temos que r_{int} = r - ε = 0,10 - 0,003 = 0,097 , m. Então, temos que:

A_{int} = 2pi r_{int} L

A_{int} = 2 cdot pi cdot 0,097 cdot 0,20

A_{int} = 0,0388 pi , m^2

A diferença de temperatura é dada por:

Delta T = T_{interno} - T_{externo} = 50 °C - 25 °C = 25 °C

Como uma variação de 1°C é equivalente à variação de 1 K, temos que Delta T = 25 , K.

Então, substituindo os valores na equação (1), temos:

k = dfrac{ 4184 cdot 0,003 } { 300 cdot 0,0388 pi cdot 25}

k = dfrac{ 12,552 } { 291 pi }

k approx 1,4 times 10^{-2} , W cdot m^{-1} cdot K^{-1}

Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).

A alternativa correta é letra E) 4

Gabarito: LETRA E.

Para calcular o aumento no comprimento do cano de cobre devido ao aumento de temperatura, podemos usar a equação da dilatação linear:

Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T

Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear do cobre, L_0 é o comprimento inicial do cano e Delta L é a variação de temperatura.

Substituindo os valores do enunciado, temos:

Delta L = 2 times 10^{-5} cdot 5 cdot left( 60 - 20 right)

Delta L = 4 times 10^{-3} , m

Delta L = 4 , mm

Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).

A alternativa correta é letra C) irradiação; esse tipo de transferência do calor ocorre por meio de ondas que se propagam no vácuo ou através da matéria.

Gabarito: LETRA C.

A transferência de calor é o processo pelo qual a energia térmica flui de uma região de maior temperatura para uma região de menor temperatura. Existem três principais formas de transferência de calor:

1. Condução: A transferência de calor por condução é um processo que ocorre quando o calor se propaga através de um meio material devido à agitação térmica das partículas desse material. As partículas mais quentes transferem sua energia cinética para as partículas adjacentes mais frias, fazendo com que estas se movam mais rapidamente e, assim, aumentem sua temperatura. Isso cria uma cadeia de transferência de calor ao longo do material.

2. Convecção: A convecção é a transferência de calor que ocorre em fluidos (líquidos e gases) devido ao movimento das massas de fluido aquecido e resfriado. Quando uma parte do fluido é aquecida, ela se expande, torna-se menos densa e sobe, enquanto o fluido mais frio desce para ocupar seu lugar. Isso cria correntes de convecção que distribuem o calor pelo fluido. Um exemplo comum de convecção é a circulação de água quente em uma panela.

3. Irradiação: A irradiação é a transferência de calor na forma de ondas eletromagnéticas, como a luz visível e o infravermelho. Diferentemente da condução e da convecção, não requer um meio material para se propagar. Todas as substâncias emitem radiação térmica quando estão a uma temperatura acima do zero absoluto (0 Kelvin). A irradiação é como o calor do Sol chega à Terra e é como os objetos quentes emitem luz visível e calor.

Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:

a)  irradiação; esse tipo de transferência do calor ocorre por meio de ondas que se propagam apenas através da matéria.

Incorreta. Esse tipo de transferência de calor ocorre por meio de ondas que se propagam não apenas através da matéria, mas através do vácuo.

b)  convecção; esse tipo de transferência de calor ocorre em gases que propagam a energia apenas através do vácuo.

Incorreta. A convecção ocorre em meios materiais, como o ar e a água, devido ao movimento das massas de fluido aquecido e resfriado.

c)  irradiação; esse tipo de transferência do calor ocorre por meio de ondas que se propagam no vácuo ou através da matéria. 

Correta. A transferência de calor da lareira para o ambiente e para as pessoas próximas ocorre principalmente por meio do processo de irradiação, que ocorre por meio da propagação de ondas eletromagnéticas, como a luz visível e o calor infravermelho, e que não requerem um meio material para se deslocar.

d)  convecção; esse tipo de transferência de calor ocorre em gases que propagam a energia através do vácuo ou da matéria.

Incorreta. Esse tipo de transferência de calor necessita de um meio material e não ocorre no vácuo.

e)  condução; esse tipo de transferência do calor ocorre por meio de ondas que se propagam apenas através da matéria.

Incorreta. Esse tipo de transferência de calor ocorre por meio da interação direta entre as partículas de matéria, não por meio de ondas. Além disso, não é a principal forma com que o calor se transfere da lareira para o ambiente.

Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).

A alternativa correta é letra E) 10,4.

Gabarito: LETRA E.

Para encontrar uma relação entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum entre elas. Utilizando os valores do enunciado, podemos estabelecer uma relação entre as duas escalas como nos mostra a figura a seguir:

Assim, utilizando a relação de proporção entre as escalas, podemos escrever:

dfrac { T_M - 8 } { 56-8 } = dfrac { T_S - 4 } { 132-4 }

dfrac { T_M - 8 } { 48 } = dfrac { T_S - 4 } { 128 }

Quando as duas escalas apresentam a mesma leitura, temos que T_M = T_S. Substituindo na equação acima, temos:

dfrac { T_S - 8 } { 48 } = dfrac { T_S - 4 } { 128 }

128 cdot left( T_S - 8 right) = 48 cdot left( T_S - 4 right)

128 T_S - 1024 = 48 T_S - 192

80 T_S = 832

T_S = 10,4

Portanto, a resposta correta é a alternativa (e).

A alternativa correta é letra A) Certo

Gabarito: CERTO.

Para encontrar a relação entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum entre elas. A figura a seguir estabelece uma relação entre as três escalas (celsius, kelvin e fahrenheit):

Assim, utilizando a relação de proporção entre as escalas, podemos escrever:

dfrac { T_C-0 } { 100-0 } = dfrac { T_F-32 } { 212-32 } = dfrac { T_K-273 } { 373-273 }

dfrac { T_C } { 100 } = dfrac { T_F-32 } { 180 } = dfrac { T_K-273 } { 100 }

dfrac { T_C } { 5 } = dfrac { T_F-32 } { 9 } = dfrac { T_K-273 } { 5 } tag 1

Vamos usar a equação para converter as temperaturas dos corpos A e C para kelvins, a fim de encontrar o mais frio. Substituindo T_{C_A} = -30°C, a temperatura do corpo A em kelvins é dada por:

dfrac { -30 } { 100 } = dfrac { T_{K_A}-273 } { 100 }

T_{K_A}-273 = -30

T_{K_A} = 243 , K

Substituindo T_{F_C} = 0°F, a temperatura do corpo C em kelvins é dada por:

dfrac { 0-32 } { 9 } = dfrac { T_{K_C}-273 } { 5 }

dfrac { 32 } { 9 } = dfrac { T_{K_C}-273 } { 5 }

T_{K_C}-273 = dfrac { 5 cdot 32 } { 9 }

T_{K_C} = dfrac { 160 } { 9 } + 273

T_{K_C} approx 290,7 , K

Assim, temos:

begin{cases} T_{K_A} = 243 , K \ \ T_{K_B} = 200 , K \ \ T_{K_C} = 290,7 , K end{cases}

Ou seja, o corpo B será o mais frio. Portanto, o item está certo.

A alternativa correta é letra B) A amostra poderá transbordar, pois a dilatação do petróleo será maior que a do vidro.

Gabarito: LETRA B.

Vamos analisar cada uma das alternativas:

a)  O vidro sofrerá uma dilatação maior que a do petróleo. INCORRETA.

Para determinar se o vidro sofrerá uma dilatação maior que o petróleo, podemos comparar os coeficientes de dilatação volumétrica das duas substâncias.

O coeficiente de dilatação linear (alpha) mede a variação na dimensão linear de um material em relação à variação na temperatura. O coeficiente de dilatação volumétrica (beta) mede a variação no volume de um material em relação à variação na temperatura. Eles estão relacionados pela seguinte equação:

beta = 3 alpha

Neste caso, o coeficiente de dilatação linear do vidro é 9 times 10^{-6} , ^circ text{C}^{-1}. Logo, o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro é dada por:

beta_{vidro} = 3 cdot alpha_{vidro}

beta_{vidro} = 3 cdot 9 times 10^{-6}

beta_{vidro} = 2,7 times 10^{-5} , ^circ text{C}^{-1}

Isso significa que o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro é menor do que o do petróleo. Dessa forma, o vidro sofrerá uma dilatação menor em relação ao petróleo quando ambos forem aquecidos à mesma temperatura.

b)  A amostra poderá transbordar, pois a dilatação do petróleo será maior que a do vidro. CORRETA.

Como vimos na alternativa anterior, o coeficiente de dilatação volumétrica do petróleo é maior do que o do vidro. Ou seja, o petróleo sofrerá uma dilatação maior que a do vidro, o que poderá causar um transbordamento.

c)  A dilatação real do petróleo será igual à diferença entre a dilatação aparente da amostra e a dilatação volumétrica do recipiente. INCORRETA.

A dilatação aparente ocorre em situações em que um líquido é contido em um recipiente. Se o coeficiente de dilatação volumétrica do líquido é maior do que o coeficiente de dilatação volumétrica do recipiente, a dilatação aparente é o que faz com que o líquido "transborde" ou "derrame" do recipiente quando a temperatura aumenta. Nesse caso, a dilatação real do petróleo será igual à soma da dilatação aparente da amostra com a dilatação volumétrica do recipiente.

d)  A amostra não irá transbordar, pois os coeficientes de dilatação volumétrica do petróleo e do vidro são iguais. INCORRETA.

Como o coeficiente de dilatação volumétrica do petróleo é maior que o do vidro, eles se expandirão em diferentes taxas quando aquecidos, sendo que o petróleo sofrerá uma dilatação maior que o vidro. Dessa forma, a amostra pode transbordar, dependendo das dimensões iniciais do recipiente e da quantidade de material contido nele.

Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).

A alternativa correta é letra A) 2, 34◦C

Gabarito: LETRA A.

Para determinar a variação de temperatura quando o saco com 1 kg de água cai de uma altura de 1.000 metros, podemos admitir que a energia potencial gravitacional é convertida em energia térmica (calor).

A energia potencial gravitacional é dada por:

E_p = mgh

Onde m é a massa da água, g é a aceleração da gravidade e h é a altura. Já o calor sensível (responsável pela mudança de temperatura) é dado por:

Q = mc Delta T

Onde m é a massa, c é o calor específico e Delta T é a variação de temperatura em graus. Como a energia E_p é convertida em calor,  temos:

E_p = Q

Logo,

cancel m gh = cancel mc Delta T

Delta T = dfrac { gh }{ c }

Substituindo os valores do enunciado, temos:

Delta T = dfrac { 9,8 cdot 1000 }{ 4184 }

Delta T approx 2,34 , °C

Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).