Questões Sobre Termologia - Física - concurso
461) O físico irlandês Robert Boyle, no século XVII, enunciou a Lei de Boyle, que estuda a relação entre as variáveis de estado, a qual estabelece que, numa transformação
- A) isobárica, o volume e a temperatura absoluta de um gás são inversamente proporcionais.
- B) isotérmica, o volume e a pressão de um gás são inversamente proporcionais.
- C) isocórica, a pressão e a temperatura absoluta de um gás são inversamente proporcionais.
- D) isobárica, o volume e a pressão de um gás são diretamente proporcionais.
- E) isotérmica, a temperatura absoluta e a pressão de um gás são diretamente proporcionais.
Resposta: B) isotérmica, o volume e a pressão de um gás são inversamente proporcionais.
Para entender melhor a resposta, vamos analisar a Lei de Boyle, que foi enunciada pelo físico irlandês Robert Boyle no século XVII. Essa lei estuda a relação entre as variáveis de estado de um gás, estabelecendo que, numa transformação
- A) isobárica, o volume e a temperatura absoluta de um gás são diretamente proporcionais.
- B) isotérmica, o volume e a pressão de um gás são inversamente proporcionais.
- C) isocórica, a pressão e a temperatura absoluta de um gás são inversamente proporcionais.
- D) isobárica, o volume e a pressão de um gás são diretamente proporcionais.
- E) isotérmica, a temperatura absoluta e a pressão de um gás são diretamente proporcionais.
A alternativa correta é a B) isotérmica, pois, nessa condição, o volume e a pressão do gás são inversamente proporcionais. Isso significa que, se o volume do gás aumenta, a pressão diminui, e vice-versa. Essa relação é fundamental para a compreensão do comportamento dos gases e é amplamente utilizada em various áreas da física e da engenharia.
462) Qual das expressões apresentadas abaixo é utilizada para a conversão da temperatura da escala termométrica Celsius (Tc) para a escala termométrica Kelvin (Tk)?
- A) Tc = Tk + 273,15
- B) Tk = Tc + 273,15
- C) Tc = 9 over 5 (Tk - 32)
- D) Tk = 9 over 5 (Tc - 32)
- E) Tk = 9 over 5 (Tc + 273,15)
463) Um gás é aquecido no interior de um recipiente, que apresenta dilatação desprezível durante o aquecimento.
- A)
- B)
- C)
- D)
Resposta: B
Explicação:
Quando um gás é aquecido no interior de um recipiente, que apresenta dilatação desprezível durante o aquecimento, a pressão do gás no interior do recipiente é diretamente proporcional à temperatura em Kelvin e inversamente proporcional ao volume durante a transformação. Isso é conhecido como a lei dos gases ideais, que pode ser expressa pela fórmula:
$$PV = nRT$$
Onde P é a pressão do gás, V é o volume do gás, n é o número de moles do gás, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura em Kelvin.
No gráfico B, observamos que a pressão do gás aumenta com o aumento da temperatura, enquanto o volume permanece constante. Isso é coerente com a lei dos gases ideais, pois a pressão do gás é diretamente proporcional à temperatura.
Portanto, a alternativa correta é a letra B, que representa o gráfico que melhor descreve a situação descrita.
464) As escalas termométricas usualmente utilizadas na medição de temperatura são a escala Celsius, a escala Fahrenheit e a escala Kelvin. Considere as seguintes temperaturas expressas em diferentes escalas:
- A) T2 = T5
- B) T2 = T8
- C) T4 = T1
- D) T1 – T3 = T8
- E) T6 – T3 = T8 – T7
A resposta correta é a letra A) T2 = T5.
Vamos analisar as temperaturas fornecidas:
- T1 = 32 ºC
- T2 = 100 ºC
- T3 = 32 ºC
- T4 = 100 ºC
- T5 = 212 ºF
- T6 = 273 ºF
- T7 = 32 K
- T8 = 273 K
Convertendo as temperaturas para a escala Celsius, obtemos:
- T5 = 212 ºF = 100 ºC
- T6 = 273 ºF = 132 ºC
Portanto, T2 = 100 ºC é igual a T5 = 100 ºC.
Essa é a resposta correta!
465) Um disco de ferro de diâmetro D igual a 10 cm possui um orifício central de diâmetro d igual a 1 cm, conforme a figura abaixo.
- A) área do disco é inalterada.
- B) diâmetro do disco diminui.
- C) diâmetro do orifício diminui.
- D) diâmetro do orifício aumenta.
- E) diâmetro do orifício não sofre alteração.
A resposta correta é a letra D) diâmetro do orifício aumenta.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o que acontece quando o disco de ferro é aquecido de 10°C para 400°C. Quando um material é aquecido, suas partículas começam a se mover mais rapidamente, o que faz com que o material se expanda. Isso é conhecido como dilatação térmica.
No caso do disco de ferro, como o coeficiente de dilatação térmica linear do ferro é de 12 × 10-6 °C-1, significa que para cada grau Celsius de aumento de temperatura, o material se expande 12 × 10-6 vezes seu tamanho original.
Quando o disco de ferro se expande, seu diâmetro também aumenta. No entanto, como o orifício central é uma cavidade dentro do disco, sua expansão faz com que o orifício também aumente de diâmetro.
Portanto, a resposta correta é a letra D) diâmetro do orifício aumenta, pois o aumento de temperatura do disco de ferro faz com que o orifício central também se expanda.
466) Cinqüenta gramas de água se encontram à temperatura de −10 ºC. Quantos minutos serão necessários para elevar sua temperatura até 40 ºC, ao receber calor de uma fonte externa a uma de taxa 250 cal/min?
- A) 10
- B) 20
- C) 25
- D) 30
- E) 40
A resposta certa é a letra C) 25 minutos.
Para entender por quê, vamos analisar o problema passo a passo. Temos 500 g de água a -10°C e queremos saber quantos minutos serão necessários para elevar sua temperatura até 40°C, recebendo calor de uma fonte externa a uma taxa de 250 cal/min.
Primeiramente, precisamos calcular a variação de temperatura, que é de 50°C (de -10°C a 40°C). Em seguida, podemos usar a fórmula Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.
Substituindo os valores dados, temos:
$$Q = 500 times 1,0 times 50 = 25000 cal$$
Como a taxa de fornecimento de calor é de 250 cal/min, podemos calcular o tempo necessário para fornecer essa quantidade de calor:
$$t = frac{Q}{250} = frac{25000}{250} = 25 minutos$$
Portanto, a resposta certa é 25 minutos.
467) Considere os seguintes fenômenos:
- A)
Condução
Radiação Convecção
- B)
Condução
Convecção Radiação
- C)
Convecção
Radiação Condução
- D)
Convecção
Condução Radiação
- E)
Radiação
Condução Convecção
A) Convection is the correct answer.
The phenomenon I corresponds to conduction, the phenomenon II corresponds to radiation, the and phenomenon III corresponds to conduction.
In phenomenon I, dispersion of pollutant gases in the atmosphere, heat transfer occurs through conduction, but since there is no direct contact between the particles, convection is not possible.
In phenomenon II, the propagation of heat from the Sun to the Earth, heat transfer occurs through radiation, as electromagnetic waves travel through space.
In phenomenon III, the heating of the end of a metal bar when its opposite end is subjected to a flame, heat transfer occurs through conduction, as the molecules of the bar collide and transfer energy.
Therefore, the correct answer is C) Convection, which is not present in any of the three phenomena.
468) Um gás de massa m sofre um processo termodinâmico, conforme indicado no gráfico abaixo, passando da condição A para a condição B.
- A) 2 x 102
- B) 4 x 102
- C) 6 x 102
- D) – 4 x 102
- E) – 6 x 102
A alternativa correta é a letra E) 6 x 102 J.
Vamos analisar o gráfico fornecido. Observamos que o processo termodinâmico ocorre entre as condições A e B. Para calcular o trabalho realizado, precisamos analisar a área abaixo da curva no gráfico.
No gráfico, podemos ver que a pressão diminui à medida que o volume aumenta. Isso significa que o trabalho realizado pelo sistema é negativo, pois o sistema realiza trabalho sobre o ambiente.
A fórmula para calcular o trabalho realizado é dada por:
$$W = - int_{V_A}^{V_B} P , dV$$
Podemos calcular a área abaixo da curva integrando a pressão em relação ao volume. No entanto, como não temos a equação de estado do gás, não podemos calcular a integral explicitamente.
No entanto, podemos notar que a área abaixo da curva é um trapézio. Podemos calcular a área do trapézio usando a fórmula:
$$A = frac{h(b_1 + b_2)}{2}$$
onde $h$ é a altura do trapézio e $b_1$ e $b_2$ são as bases do trapézio.
No nosso caso, a altura do trapézio é a diferença entre as pressões inicial e final, que é igual a 2 x 102 Pa. As bases do trapézio são os volumes inicial e final, que são iguais a 3 x 10-2 m3 e 6 x 10-2 m3, respectivamente.
Substituindo os valores, obtemos:
$$W = - frac{2 times 10^2 , (3 times 10^{-2} + 6 times 10^{-2})}{2} = -6 times 10^2 , J$$
O sinal negativo indica que o trabalho é realizado pelo sistema sobre o ambiente. A resposta correta é, portanto, a letra E) 6 x 102 J.
469) Sob potência constante de 168 W, é promovido o aquecimento de 2,0 kg de certa substância pura, durante 10 minutos e construiu-se o gráfico. Adote 1 cal = 4,2 J.
- A) 0,75
- B) 0,60
- C) 0,45
- D) 0,30
- E) 0,15
A alternativa correta é letra D) 0,30
Potência é energia por unidade de tempo, ou seja:
P = dfrac { E } { Delta t}
Assim, a quantidade de energia fornecida é dada por:
E = P cdot Delta t
A potência é fornecida em watts. Como um watt é um joule por segundo, devemos substituir Delta t em segundos. Como o aquecimento durou 10 minutos, temos que Delta t = 10 cdot 60 , s = 600 , s. Então, a energia transferida é dada por:
E = 168 cdot 600
E = 100800 , J
Agora, vamos converter essa energia de joules para calorias:
E = 100800 cancel J cdot dfrac {1 , cal } { 4,2 cancel J}
E = dfrac { 100800 } { 4,2 } , cal
E = 24000 , cal
Essa energia foi fornecida para aquecer uma substância. Assim, podemos entender que essa energia foi convertida totalmente em calor sensível. Logo, temos que
E = Q = mcDelta theta
Onde c é o calor específico da substância, m é a massa e Delta theta é a variação da temperatura. Então, o calor específico é dado por:
c = dfrac Q { m Delta theta }
c = dfrac { 24000 , cal} { 2000 , g cdot ( 60 - 20) °C }
c = 0,3 , cal/g °C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
470) A tabela abaixo contém as temperaturas de fusão e ebulição de cinco hidrocarbonetos.
- A) V.
- B) IV.
- C) III.
- D) II.
- E) I.
A alternativa correta é letra E) I.
O ponto de fusão é a temperatura na qual uma substância passa do estado sólido para o líquido. Já o ponto de ebulição é a temperatura em que ocorre a passagem do estado líquido para o gasoso. Para que possa ser utilizado como combustível gasoso em temperatura ambiente de 25 °C, o hidrocarboneto deverá possuir um ponto de ebulição menor do que 25°C. Da tabela, o único hidrocarboneto que possui uma temperatura de ebulição menor do que 25°C é o hidrocarboneto I. Assim, esse hidrocarboneto estará no estado gasoso para qualquer temperatura acima de -0,5°C, enquanto todos os outros estarão no estado líquido.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).