Questões Sobre Termologia - Física - concurso
511) Uma panela de louça de barro está vazia e tem massa igual a 2,0Kg. Ao ser aquecida por uma fonte de calor constante, sua temperatura sofre uma variação de 50ºC num certo intervalo de tempo. Considerando que o calor específico da louça de barro seja igual a 0,8 KJ/KgºC e 1cal cong 4J, pode-se afirmar que a quantidade de calor absorvida, em Kcal, por esta panela, neste intervalo de tempo, é de:
- A) 8
- B) 20
- C) 25
- D) 80
- E) 100
A alternativa correta é letra B) 20
O calor responsável por variar a temperatura de um corpo é chamado de calor sensível, cujo valor é dado pela expressão matemática a seguir:
Q = m c Delta theta
Onde m é a massa, c é o calor específico e Delta theta é a variação da temperatura. Assim, substituindo-se os valores do enunciado, a quantidade de calor absorvida é dada por:
Q = 2 , cancel {kg} cdot 0,8 dfrac { kJ } { cancel {kg} cdot cancel {°C} } cdot 50 cancel {°C}
Q = 80 , kJ
Como 1 , kcal approx 4 , kJ, temos que:
Q = 80 cancel {kJ} cdot dfrac { 1 , kcal} { 4 cancel {kJ} }
Q = 20 , kcal
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
512) Um grupo de estudantes tomou três esferas A, B e C de materiais e características diferentes conforme apresentadas na tabela. Colocaram-se as massas, uma por vez, sobre uma fonte de calor constante e isolada termicamente, durante certo intervalo de tempo, sem que ocorresse mudança de estado. A variação de temperatura de cada esfera é, respectivamente, ΔtA, ΔtB e ΔtC. Ao término do aquecimento, pode-se afirmar que:
- A) ΔtA > ΔtB > ΔtC
- B) ΔtC > ΔtB > ΔtA
- C) ΔtB > ΔtC > ΔtA
- D) ΔtC > ΔtA > ΔtB
- E) ΔtB > ΔtA > ΔtC
A alternativa correta é letra C) ΔtB > ΔtC > ΔtA
O calor responsável por variar a temperatura de um corpo, 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. Como as massas foram aquecidas por uma fonte de calor constante, podemos dizer que a quantidade de calor recebida é a mesma para cada massa. Então, temos que:
m_A cdot c_A cdot Delta T_A = m_B cdot c_B cdot Delta T_B = m_C cdot c_C cdot Delta T_C
Substituindo-se os valores da tabela, temos que:
500 cdot 0,19 cdot Delta T_A = 400 cdot 0,092 cdot Delta T_B = 200 cdot 0,26 cdot Delta T_C
95 cdot Delta T_A = 36,8 cdot Delta T_B = 52 cdot Delta T_C
Dividindo-se todos os membros por 36,8, temos que:
dfrac { 95 } { 36,8 } cdot Delta T_A = dfrac { 36,8 } { 36,8 } cdot Delta T_B = dfrac { 52 } { 36,8 } cdot Delta T_C
Então,
Delta T_B = 1,41 cdot Delta T_C = 2,58 cdot Delta T_A
Da equação acima, podemos afirmar que:
Delta T_B gt Delta T_C gt Delta T_A
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
513) Ao estudarmos a energia térmica, verificamos que sua propagação pode ocorrer predominantemente de três formas distintas: condução, convecção e irradiação. Analise os fenômenos descritos nas assertivas abaixo.
- A) Irradiação, convecção, condução.
- B) Irradiação, condução, convecção.
- C) Convecção, irradiação, condução.
- D) Irradiação, condução, condução.
- E) Condução, convecção, irradiação.
A alternativa correta é letra B) Irradiação, condução, convecção.
A questão trata da maneira como a energia térmica é transferida de um corpo mais quente para um mais frio, que pode ocorrer pode ocorrer de três formas: condução, convecção e irradiação.
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. Dentre os fenômenos citados, podemos exemplificar a transferência de calor através da condução térmica no aquecimento de uma rocha.
A convecção é um fenômeno de transferência de calor que consiste na transferência de energia térmica através do movimento de um fluido (como o ar), devido à diferença de temperatura. Por exemplo, a transferência de calor por convecção ocorre na circulação do ar numa sala climatizada.
A irradiação é uma forma de transferência de energia térmica que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, como o aquecimento da Terra pelo Sol.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
514) O uso mais popular de energia solar está associado ao fornecimento de água quente para fins domésticos. Na figura ao lado, é ilustrado um aquecedor de água constituído de dois tanques pretos dentro de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro, os quais absorvem energia solar.
- A) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia.
- B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento.
- C) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y.
- D) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa.
- E) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa.
A alternativa correta é letra B) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento.
Vamos analisar cada uma das alternativas:
a) os tanques, por serem de cor preta, são maus absorvedores de calor e reduzem as perdas de energia. INCORRETA.
Sabemos que um corpo de cor preta absorve mais luz do que um objeto branco. Dessa forma, os tanques, por serem de cor preta, são bons absorvedores de calor. Alternativa incorreta.
b) a cobertura de vidro deixa passar a energia luminosa e reduz a perda de energia térmica utilizada para o aquecimento. CORRETA.
O vidro em um aquecedor solar de água possui o mesmo funcionamento que em uma estufa. Os raios solares atravessam o vidro e aquece o interior do painel solar, mantendo o ar aquecido confinado. Assim, o calor é mantido no interior da caixa, reduzindo a perda de energia térmica. Alternativa correta.
c) a água circula devido à variação de energia luminosa existente entre os pontos X e Y. INCORRETA.
Quando a luz solar incide nos tanques, a energia luminosa se transforma em calor que é transferido para a água. Quando a água é aquecida, sua densidade diminui. Assim, haverá um movimento de subida da água quente e descida da água fria. Ou seja, a água circula devido à variação de temperatura da água existente entre os pontos X e Y. Alternativa incorreta.
d) a camada refletiva tem como função armazenar energia luminosa. INCORRETA.
A camada refletiva, como o próprio nome sugere, tem como função refletir os raios luminosos, de forma que haja mais incidência solar sobre os tanques. Alternativa incorreta.
e) o vidro, por ser bom condutor de calor, permite que se mantenha constante a temperatura no interior da caixa. INCORRETA.
Como mencionamos na alternativa (b), o vidro impede a troca de ar entre o interior e o exterior da caixa. Assim, a energia térmica se acumula, mantendo constante a temperatura no interior da caixa. Além disso, o vidro não é um bom condutor de calor. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
515) Pretende-se usar um aquecedor elétrico, de resistência R, para derreter um bloco de gelo, de massa m, na iminência de fusão, aquecer a água resultante, até o ponto de ebulição, e vaporizá-la completamente. Para isso, o aquecedor deve ser ligado em uma tensão U. Supondo que o rendimento do processo seja de 100% e usando Lf, Lv e c para representar, respectivamente, o calor latente de fusão do gelo, o calor latente de vaporização e o calor específico da água, a expressão que indica o tempo total decorrido no processo é:
- A) mR(L f + L v + c)/100U 2
- B) U 2/mR(Lf + Lv + 100
- C) mR(Lf + Lv + 100c)/U 2
- D) mU 2/100R(Lf + L v + c)
A alternativa correta é letra C) mR(Lf + Lv + 100c)/U
2
De acordo com o enunciado, o aquecedor elétrico deverá fornecer uma quantidade de calor Q_f = m cdot L_f para realizar a fusão do gelo, outra quantidade de calor Q_s = m c Delta theta para aquecer a água resultante e uma quantidade de calor Q_v = m cdot L_v para vaporizá-la. Assim, a quantidade total de calor cedida pelo aquecedor elétrico é dada por:
Q_{total} = Q_f + Q_s + Q_v
Q_{total} = m cdot L_f + m c Delta theta + m cdot L_v
Q_{total} = m left( L_f + c Delta theta + L_v right)
Para aquecer a água da temperatura de fusão até a temperatura de vaporização, temos que Delta theta = 100 °C. Então, a equação acima é dada por:
Q_{total} = m left( L_f + c cdot 100 + L_v right)
Para fornecer essa quantidade de calor em um intervalo de tempo Delta t, o aquecedor elétrico deve possuir uma potência elétrica dada por:
P = dfrac { Q_{total} } { Delta t } tag{1}
Entretanto, a potência elétrica também é dada em função da tensão U e da resistência R por meio da seguinte expressão:
P = dfrac { U^2 } R tag{2}
Então, de (1) e (2), temos que:
dfrac { U^2 } R = dfrac { Q_{total} } { Delta t }
Logo,
dfrac { U^2 } R = dfrac { m left( L_f + L_v + 100c right) } { Delta t }
Delta t = dfrac { m R left( L_f + L_v + 100c right) } { U^2 }
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
516) Um aluno de licenciatura em Física pretende improvisar um termômetro usando, para isso, um frasco de vidro de 5ml e um tubo de carga de caneta, vazio, de secção transversal igual a 3mm2. Para calibrar o termômetro, encheu o frasco com álcool e mergulhou em um combinado de água e gelo, marcando o nível do álcool no tubo. A seguir, separou 5 litros da água que estava junto com o gelo e misturou-a com igual quantidade de água fervente. Mergulhou o frasco de vidro nessa mistura, marcando o novo nível do álcool no tubo. São dados: coeficiente de dilatação linear do plástico: desprezível no intervalo de temperatura considerado; coeficiente de dilatação volumétrica do álcool: 1,00×10-3 ºC-1; coeficiente de dilatação linear do vidro: 3,33×10-6 ºC-1.
- A) 83,3mm
- B) 165mm
- C) 28,1mm
- D) 82,5mm
A alternativa correta é letra D) 82,5mm
Gabarito: D
Enunciado da questão:
Um aluno de licenciatura em Física pretende improvisar um termômetro usando, para isso, um frasco de vidro de 5 ml e um tubo de carga de caneta, vazio, de secção transversal igual a 3 mm2. Para calibrar o termômetro, encheu o frasco com álcool e mergulhou em um combinado de água e gelo, marcando o nível do álcool no tubo. A seguir, separou 5 litros da água que estava junto com o gelo e misturou-a com igual quantidade de água fervente. Mergulhou o frasco de vidro nessa mistura, marcando o novo nível do álcool no tubo. São dados: coeficiente de dilatação linear do plástico: desprezível no intervalo de temperatura considerado; coeficiente de dilatação volumétrica do álcool: 1,00x10-3 ºC-1; coeficiente de dilatação linear do vidro: 3,33x10-6 ºC-1.
A distância entre as duas marcas feitas no tubo é de:
Comentário da questão:
De acordo com o enunciado, o aluno mergulho seu termômetro improvisado em uma mistura de água e gelo. Logo, a temperatura inicial do termômetro é de 0°C. Devido a mistura de uma quantidade de água a 0°C com a mesma quantidade de água a 100°, a nova temperatura marcada pelo termômetro improvisado é de 50°C (podemos calcular utilizando a fórmula do calor sensível, mas pensar no equilíbrio é mais rápido na hora de resolver a questão).
Então, devido ao aumento de temperatura, tanto o frasco quanto o álcool sofrem dilatação térmica, de forma que a diferença de altura entre as duas marcas é dada pelo volume aparente V_{aparente}:
Delta V_{aparente} = Delta V_{líquido} - Delta V_{frasco}
Podemos calcular Delta V_{aparente} da seguinte maneira:
Delta V_{aparente} = V_{0} cdot gamma_{aparente} cdot Delta theta
Onde
gamma_{aparente} = gamma_{líquido} - gamma_{frasco}
Ou, ainda:
gamma_{aparente} = gamma_{líquido} - 3 alpha_{frasco}
Assim, temos que:
gamma_{aparente} = 1 times 10^{-3} - 3 cdot 3,33 times 10^{-6}
gamma_{aparente} = 9,9001 times 10^{-4}
Então, o volume aparente é dado por:
Delta V_{aparente} = V_0 cdot gamma_{aparente} cdot Delta theta
Como V_0 = 5 , ml = 5 times 10^{-3} , l e Delta theta = 50°C, temos que:
Delta V_{aparente} = 5 times 10^{-3} cdot 9,9001 times 10^{-4} cdot 50
Delta V_{aparente} approx 2,475 times 10^{-4} , l
Como 1 , l = 10^6 , mm^3, temos que:
Delta V_{aparente} approx 247,5 , mm^3
Sendo A = 3 , mm a área da seção transversal do canudo e h a altura entre as duas marcas, temos que:
A cdot h = 247,5
Logo,
h = dfrac { 247,5 } 3
h = 82,5 , mm
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
517) As três formas de propagação do calor são: condução,
- A) fermentação e ebulição.
- B) irradiação e ebulição.
- C) fermentação e irradiação.
- D) irradiação e convecção.
- E) ebulição e convecção.
A resposta certa para essa questão é a letra D) irradiação e convecção.
A propagação do calor ocorre de três formas: condução, convecção e irradiação. A condução é o processo em que o calor se propaga através da transferência de energia entre partículas em contato direto. Já a convecção é o processo em que o calor se propaga através do movimento de fluidos (líquidos ou gases) que transportam a energia térmica. Por fim, a irradiação é o processo em que o calor se propaga através da emissão de ondas eletromagnéticas, como a luz e as ondas de rádio.
Portanto, a alternativa D) irradiação e convecção é a resposta correta, pois essas duas formas de propagação do calor são citadas entre as opções apresentadas.
É importante notar que as outras opções apresentadas não são completamente corretas, pois a fermentação e a ebulição não são formas de propagação do calor. A fermentação é um processo bioquímico que ocorre em organismos vivos, enquanto a ebulição é um processo físico que ocorre quando um líquido é aquecido até atingir seu ponto de ebulição.
Além disso, é fundamental entender que a propagação do calor é um fenômeno físico importante que ocorre em nosso dia a dia, desde a cozinha até a indústria. É através da compreensão desses processos que podemos desenvolver tecnologias mais eficientes e econômicas para a transferência de calor.
518) A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre
- A) somente nos gases.
- B) somente nos fluidos.
- C) também nos sólidos.
- D) nos sólidos e líquidos.
Resposta: B) somente nos fluidos.
A convecção é um processo de transferência de calor que ocorre devido ao movimento de partículas em um fluido. Quando um fluido é aquecido, as partículas que o compõem ganham energia cinética e começam a se mover mais rapidamente. Isso causa uma expansão do fluido, o que leva à criação de correntes de convecção. Essas correntes permitem que o calor seja transferido de uma região para outra.
Em gases, como o ar, a convecção é um processo muito comum. Isso porque os gases têm uma baixa densidade e uma alta mobilidade, o que facilita o movimento das partículas e a criação de correntes de convecção. Já em sólidos, a convecção não é possível, pois as partículas estão rigidamente ligadas entre si e não têm mobilidade.
Em líquidos, a convecção também ocorre, mas de forma mais lenta e eficiente do que em gases. Isso porque os líquidos têm uma densidade maior do que os gases e uma mobilidade menor, o que dificulta o movimento das partículas e a criação de correntes de convecção.
Portanto, a alternativa correta é B) somente nos fluidos, pois a convecção ocorre tanto em líquidos quanto em gases, mas não em sólidos.
519) A Lei zero da Termodinâmica está diretamente ligada
- A) ao equilíbrio térmico.
- B) ao Princípio da Conservação da Energia.
- C) à impossibilidade de se atingir a temperatura de 0 K.
- D) ao fato de corpos de mesma massa possuírem iguais quantidades de calor.
A resposta correta é a letra A) ao equilíbrio térmico.
A Lei Zero da Termodinâmica está diretamente ligada ao equilíbrio térmico, que é o estado em que dois ou mais sistemas estão em contato térmico e não há transferência de calor entre eles. Isso significa que as temperaturas dos sistemas em contato térmico são iguais.
Essa lei é fundamental para a compreensão de muitos processos físicos e químicos, pois permite que os científicos determinem a temperatura de um sistema em equilíbrio térmico com outro sistema de temperatura conhecida.
Já as outras opções não estão corretas, pois a Lei Zero da Termodinâmica não está ligada ao Princípio da Conservação da Energia (opção B), que é um conceito mais amplo que se aplica a todos os processos físicos e químicos, e não apenas ao equilíbrio térmico.
Além disso, a Lei Zero da Termodinâmica não está ligada à impossibilidade de se atingir a temperatura de 0 K (opção C), que é um conceito conhecido como zero absoluto, que é a temperatura mais baixa possível, e não está relacionado ao equilíbrio térmico.
Finalmente, a Lei Zero da Termodinâmica não está ligada ao fato de corpos de mesma massa possuírem iguais quantidades de calor (opção D), que é um conceito errado, pois a quantidade de calor que um corpo pode armazenar depende de sua temperatura e de sua capacidade calorífica, e não apenas de sua massa.
520) Em feiras de Ciências é comum encontrarmos uma demonstração famosa sobre a dilatação dos corpos denominada “Anel de Gravezande”.
- A) 20,00.
- B) 30,00.
- C) 40,00.
- D) 50,00.
Resposta: D) 50,00.
Para entendermos melhor essa questão, vamos analisar o que está acontecendo nessa demonstração do "Anel de Graveande". Temos uma esfera de ferro com diâmetro de 10.000 cm e coeficiente de dilatação linear de 10⁻⁵°C⁻¹. Além disso, temos um anel com diâmetro interno de 10.005 cm que não sofre efeito de dilatação.
Quando a esfera é aquecida, ela se dilata, aumentando seu diâmetro. Se a temperatura for aumentada o suficiente, a esfera não conseguirá mais passar pelo anel. A questão pede que encontremos a menor variação de temperatura que faz com que a esfera não consiga mais passar pelo anel.
Para resolver isso, precisamos calcular a variação de temperatura necessária para que o diâmetro da esfera aumente em 0,005 cm (diferença entre os diâmetros do anel e da esfera). Usando a fórmula de dilatação linear, temos:
ΔL = α * L * ΔT
Onde ΔL é a variação do diâmetro, α é o coeficiente de dilatação linear, L é o diâmetro inicial e ΔT é a variação de temperatura.
Substituindo os valores, temos:
0,005 cm = 10⁻⁵°C⁻¹ * 10.000 cm * ΔT
ΔT = 50,00°C