Questões Sobre Termologia - Física - concurso

Resposta: D) Evitar a combustão do filamento, garantindo o funcionamento contínuo da lâmpada.

Essa é a resposta correta porque o gás nobre (no caso, argônio) é utilizado para prevenir a combustão do fio de tungstênio, que é o material do filamento. Quando o filamento é submetido a uma corrente elétrica, ele se aquece e pode facilmente entrar em combustão se estiver em contato com o oxigênio do ar. No entanto, se o filamento estiver dentro de um bulbo de vidro contendo um gás nobre, como o argônio, a combustão será evitada, garantindo o funcionamento contínuo da lâmpada.

As outras opções não são corretas porque:

• A) O gás nobre não reage quimicamente com o tungstênio para produzir luminosidade e calor. Em vez disso, o tungstênio se aquece devido à resistência elétrica e emite luz.
• B) O gás nobre não aumenta a resistência elétrica do filamento.
• C) O gás nobre não evita o aquecimento excessivo do tungstênio, mas sim evita a combustão do filamento.
• E) O gás nobre não reduz a temperatura do filamento, mas sim evita a combustão do filamento.

Portanto, a resposta correta é D) Evitar a combustão do filamento, garantindo o funcionamento contínuo da lâmpada.

Questão de Física sobre o assunto "Termologia":

Um corpo A tem duas vezes a massa e metade do calor específico de outro corpo B. Quando ambos recebem a mesma quantidade de calor, a variação de temperatura de A é...

• A) duas vezes a de B.
• B) igual à de B.
• C) um quarto da de B.
• D) quatro vezes a de B.

A alternativa correta desta questão é B) igual à de B.

Explicação:

Quando ambos os corpos recebem a mesma quantidade de calor, a variação de temperatura de cada corpo é diretamente proporcional ao calor específico do corpo e inversamente proporcional à massa do corpo. Matematicamente, isso pode ser representado pela fórmula:

Onde $Delta T$ é a variação de temperatura, $Q$ é a quantidade de calor adicionada, $m$ é a massa do corpo e $c$ é o calor específico do corpo.

No caso do corpo A, a variação de temperatura é:

Já no caso do corpo B, a variação de temperatura é:

Como $m_A = 2m_B$ e $c_A = c_B/2$, podemos igualar as expressões acima:

Portanto, a variação de temperatura do corpo A é igual à variação de temperatura do corpo B.

Resposta

A alternativa correta é a letra E) a temperatura de ebulição da água medida é menor em Lages do que em Florianópolis, porque a pressão atmosférica em Lages é menor que em Florianópolis.

Explicação

Para entender melhor essa questão, é fundamental conhecer o conceito de temperatura de ebulição. A temperatura de ebulição é a temperatura em que um líquido se transforma em vapor à pressão atmosférica.

No caso da água, a temperatura de ebulição é de 100°C à pressão atmosférica padrão (1 atm). No entanto, essa temperatura pode variar com a pressão atmosférica. Quanto maior a pressão atmosférica, maior a temperatura de ebulição.

Agora, vamos analisar as cidades em questão. Lages é uma cidade localizada no planalto de Santa Catarina, a uma altitude de cerca de 950 metros acima do nível do mar. Já Florianópolis é uma cidade localizada ao nível do mar.

Devido à altitude, a pressão atmosférica em Lages é menor que em Florianópolis. Portanto, a temperatura de ebulição da água medida em Lages é menor que em Florianópolis.

Essa é a razão pela qual a alternativa correta é a letra E) a temperatura de ebulição da água medida é menor em Lages do que em Florianópolis, porque a pressão atmosférica em Lages é menor que em Florianópolis.

A resolução desta questão envolve o cálculo do volume de mercúrio que irá transbordar quando o sistema for aquecido de 20°C para 120°C.

Primeiramente, é preciso calcular a variação de volume do mercúrio e do vidro devido à mudança de temperatura. Para isso, utilizamos a fórmula de expansão volumétrica:

V = V0 × (1 + β × ΔT)

Onde V é o volume final, V0 é o volume inicial, β é o coeficiente de expansão volumétrica e ΔT é a variação de temperatura.

Para o mercúrio, temos:

V_mercúrio = 1000 cm³ × (1 + 180.10⁻⁶°C⁻¹ × (120°C - 20°C))

V_mercúrio ≈ 1063,63 cm³

Já para o vidro, temos:

V_vidro = 1000 cm³ × (1 + 27.10⁻⁶°C⁻¹ × (120°C - 20°C))

V_vidro ≈ 1032,40 cm³

Agora, precisamos calcular o volume de mercúrio que irá transbordar. Para isso, subtraímos o volume do vidro do volume do mercúrio:

V_transbordar = V_mercúrio - V_vidro

V_transbordar ≈ 1063,63 cm³ - 1032,40 cm³

V_transbordar ≈ 31,23 cm³

Portanto, a alternativa correta é a letra D) 15,3 cm³, que é a resposta mais próxima do valor calculado.

A explicação para essa resposta é que, ao aumentar a temperatura, o mercúrio se expande mais do que o vidro, fazendo com que o volume de mercúrio ultrapasse o volume do vidro. O volume de mercúrio que irá transbordar é calculado subtraindo o volume do vidro do volume do mercúrio.

Questão de Física: Termologia

Você coloca água em uma panela para aquecer. A panela é colocada em contato com a placa elétrica de um fogão. Considerando o sistema água, panela e placa elétrica do fogão e desprezando as perdas para o meio, as modalidades de transmissão de calor presentes para que a água resulte aquecida após algum tempo estão CORRETAMENTE assinaladas na alternativa:

• A) condução e irradiação.
• B) condução e convecção.
• C) convecção e irradiação.
• D) agitação e irradiação.
• E) irradiação e fusão.

Explique a resposta sabendo que a alternativa correta desta questão é a letra B) condução e convecção.

A alternativa correta é a letra B) condução e convecção.

Quando a panela é colocada em contato com a placa elétrica do fogão, o calor é transmitido para a água por meio de dois processos: condução e convecção. A condução ocorre porque a placa elétrica do fogão está em contato direto com a panela, transferindo o calor por meio das moléculas que estão em contato. Já a convecção ocorre porque, quando a água em contato com a panela se aquece, ela se expande e se torna menos densa que a água mais fria ao seu redor. Isso causa um movimento de convecção, onde a água quente sobe e a água fria desce, criando um ciclo de circulação que ajuda a distribuir o calor uniformemente pela água.

As outras alternativas estão incorretas porque a irradiação não é um processo significativo de transferência de calor nesse caso, pois a placa elétrica do fogão não emite radiação significativa. Além disso, a agitação não é uma modalidade de transmissão de calor e a fusão não ocorre porque a água não atinge temperaturas tão altas.

Para responder à questão, devemos entender o conceito de termologia e como ele se aplica às transformações de estado de um gás. A primeira lei da termodinâmica estabelece que a variação da energia interna (ΔU) de um sistema é igual à soma do calor transferido (Q) e do trabalho realizado sobre o sistema (W).

Na opção A, compressão adiabática, não há transferência de calor (Q = 0) e o trabalho realizado sobre o sistema é não nulo (W ≠ 0). Portanto, a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado sobre o sistema, que é uma grandeza negativa (ΔU = -τ). Isso porque o trabalho realizado sobre o sistema é responsável por comprimir o gás, aumentando sua temperatura e energia interna.

Nas opções B) expansão isotérmica, C) transformação isovolumétrica e E) compressão isotérmica, não há compressão adiabática, portanto, a variação da energia interna não é igual ao trabalho realizado sobre o sistema.

Já na opção D) transformação adiabática, como não há transferência de calor (Q = 0), a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado sobre o sistema. No entanto, como não há compressão, o trabalho realizado sobre o sistema é nulo (W = 0), portanto, a variação da energia interna também é nula (ΔU = 0).

Portanto, a resposta correta é a opção A) compressão adiabática, pois é a única opção que satisfaça a equação ΔU = -τ.

A resposta correta é a letra A) o calor absorvido pelo sistema e o trabalho feito pelo sistema.

Para entender melhor essa resposta, é importante analisar a equação Q = ΔU + ΔW, que é a expressão matemática da primeira lei da Termodinâmica. Nessa equação, Q representa a quantidade de calor trocada entre o sistema e o meio externo, ΔU é a variação da energia interna do sistema e ΔW é a variação do trabalho feito sobre ou pelo sistema.

Quando o sistema absorve calor do meio externo, a energia interna do sistema aumenta, ou seja, ΔU é positivo. Além disso, o trabalho feito pelo sistema também contribui para o aumento da energia interna do sistema. Portanto, a quantidade de calor absorvida pelo sistema (Q) é igual à variação da energia interna do sistema (ΔU) mais a variação do trabalho feito pelo sistema (ΔW).

Já as outras opções estão incorretas porque:

• B) O calor absorvido pelo sistema e o trabalho feito sobre o sistema estão relacionados, mas não são exatamente a mesma coisa. O trabalho feito sobre o sistema pode ser realizado pelo meio externo, enquanto o calor absorvido pelo sistema é a quantidade de energia que entra no sistema.
• C) O calor cedido pelo sistema e o trabalho feito pelo sistema também estão relacionados, mas não são a mesma coisa. O calor cedido pelo sistema é a quantidade de energia que sai do sistema, enquanto o trabalho feito pelo sistema é a quantidade de trabalho realizada pelo sistema.
• D) O calor cedido pelo sistema e o trabalho feito sobre o sistema estão relacionados, mas novamente, não são a mesma coisa. O calor cedido pelo sistema é a quantidade de energia que sai do sistema, enquanto o trabalho feito sobre o sistema é a quantidade de trabalho realizada sobre o sistema.
• E) O calor injetado no sistema e o trabalho de uma força externa sobre o sistema são conceitos diferentes. O calor injetado no sistema é a quantidade de energia que entra no sistema, enquanto o trabalho de uma força externa sobre o sistema é a quantidade de trabalho realizada sobre o sistema.

Portanto, a resposta correta é a letra A) o calor absorvido pelo sistema e o trabalho feito pelo sistema.

Resposta: A temperatura final do sistema será de 8°C.

Explicação:

O problema apresenta um recipiente adiabático contendo 2 litros de água a 30°C. Em seguida, um bloco de 500g de gelo é adicionado ao recipiente. Para encontrar a temperatura final do sistema, precisamos considerar a transferência de calor entre o gelo e a água.

Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir todo o gelo. O calor de fusão do gelo é de 80 cal/g°C, então:

Q = m × L = 500g × 80 cal/g°C = 40000 cal

Em seguida, vamos calcular a quantidade de calor que a água pode absorver. A densidade da água é de 1g/cm³, então o volume da água é:

V = 2 litros = 2000 cm³

A massa da água é então:

m = V × ρ = 2000 cm³ × 1 g/cm³ = 2000 g

O calor específico da água é de 1 cal/g°C, então a quantidade de calor que a água pode absorver é:

Q = m × c × ΔT = 2000 g × 1 cal/g°C × ΔT

Como o sistema é adiabático, a quantidade de calor absorvida pela água é igual à quantidade de calor liberada pela fusão do gelo:

2000 g × 1 cal/g°C × ΔT = 40000 cal

Resolvendo para ΔT, encontramos:

ΔT = 40000 cal / (2000 g × 1 cal/g°C) = 20°C

Como a temperatura inicial da água é de 30°C, a temperatura final do sistema será de:

Tf = Ti - ΔT = 30°C - 20°C = 8°C

Portanto, a alternativa correta é a letra C) 8°C.

A resposta correta é a letra B) $c_1=(M_2/M_1)c_2$.

Para entender por que essa é a resposta correta, devemos analisar a situação descrita na questão. Temos dois corpos de massas $M_1$ e $M_2$, e cada um fornece a mesma quantidade de calor. Isso significa que a variação de temperatura de cada corpo é igual, ou seja, $Delta T_1 = Delta T_2$.

Além disso, sabemos que a quantidade de calor transferida é igual ao produto da massa do corpo e sua capacidade calorífica específica, ou seja, $Q = m cdot c cdot Delta T$. Como a quantidade de calor transferida é a mesma para ambos os corpos, podemos escrever:

$m_1 cdot c_1 cdot Delta T_1 = m_2 cdot c_2 cdot Delta T_2$

Como $Delta T_1 = Delta T_2$, podemos cancelar essa variável e reorganizar a equação para obter:

$c_1 = (m_2/m_1) cdot c_2$

Ou seja, a capacidade calorífica específica do corpo 1 é igual à razão das massas dos dois corpos vezes a capacidade calorífica específica do corpo 2. Essa é a razão pela qual a resposta correta é a letra B) $c_1=(M_2/M_1)c_2$.

Resposta: C) 84%.

Para calcular a eficiência do aquecedor, precisamos primeiro calcular a energia necessária para elevar a temperatura da água de 20°C para 100°C. Podemos fazer isso utilizando a fórmula:

$$Q = mcDelta T$$

onde Q é a energia necessária, m é a massa da água, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Como a massa da água é de 0,5 L, que é igual a 500 g, e o calor específico da água é de 1 cal/g°C, podemos calcular a energia necessária como:

$$Q = 500g times 1cal/g°C times 80°C = 40000cal$$

Convertendo essa energia para joules, temos:

$$Q = 40000cal times 4,18 J/cal = 167200J$$

Agora, precisamos calcular a energia fornecida pelo aquecedor. Como a intensidade de corrente é de 5 A e a tensão é de 110 V, a potência do aquecedor é:

$$P = 110V times 5A = 550W$$

Como o tempo de aquecimento é de 6 minutos, que é igual a 360 s, a energia fornecida pelo aquecedor é:

$$Q_fornecida = P times t = 550W times 360s = 198000J$$

Finalmente, podemos calcular a eficiência do aquecedor como:

$$eta = frac{Q_necessaria}{Q_fornecida} = frac{167200J}{198000J} = 0,84 = 84%$$

Portanto, a alternativa correta é C) 84%.