Questões Sobre Termologia - Física - concurso
581) Um frasco de alumínio com capacidade para 1 litro encontra-se completamente cheio de gelo. Num determinado momento, a temperatura do sistema é de – 5°C e logo após é elevada para – 3°C. Nestas condições, é correto afirmar que dado : alphagelo = 5,1 x 10-5 °C-1 alphaalumínio = 2,4 x 10-5 °C-1
- A) o gelo diminui de volume.
- B) o gelo aumenta de volume.
- C) o alumínio diminui de volume.
- D) o sistema aumenta de volume.
- E) o sistema não se altera.
A resposta correta é a letra A) o gelo diminui de volume.
Para entender melhor, é necessário lembrar que o gelo tem uma característica única de expandir-se quando se solidifica e contrair-se quando se funde. Já o alumínio, como a maioria dos materiais, apresenta uma expansão térmica, ou seja, aumenta de volume quando a temperatura aumenta e diminui de volume quando a temperatura diminui.
No caso em questão, o sistema inicialmente está a -5°C, o que significa que o gelo está em seu estado sólido. Quando a temperatura aumenta para -3°C, o gelo começa a derreter, o que faz com que ele diminua de volume. Isso ocorre porque a densidade do gelo é menor que a do líquido, portanto, ao derreter, o volume do gelo diminui.
Já o alumínio, como mencionado anteriormente, tem uma expansão térmica. No entanto, nesse caso, a variação de temperatura não é suficiente para causar uma mudança significativa no volume do alumínio.
Portanto, é correto afirmar que o gelo diminui de volume nessa situação.
582) Os motores de combustão interna são máquinas térmicas nas quais o sistema de refrigeração é muito importante pois, caso falhe, pode provocar a parada total do funcionamento dessas máquinas. Com relação a isso, pode-se afirmar que a refrigeração tem como principal objetivo
- A) manter a temperatura interna sob controle, evitando a dilatação exagerada dos componentes envolvidos.
- B) diminuir bruscamente a temperatura interna para que os componentes não sofram desgaste.
- C) diminuir a temperatura interna para produzir um melhor aproveitamento na queima do combustível.
- D) manter o calor interno sob controle, evitando com isso o desgaste dos componentes envolvidos.
- E) manter constantes o calor interno e a dilatação dos componentes envolvidos para evitar desgastes.
A alternativa correta é letra A) manter a temperatura interna sob controle, evitando a dilatação exagerada dos componentes envolvidos.
Essa resposta está correta porque, nos motores de combustão interna, o sistema de refrigeração tem como principal objetivo manter a temperatura interna sob controle. Isso é fundamental para evitar que os componentes envolvidos sejam danificados devido à dilatação excessiva.
Quando a temperatura interna do motor aumenta, os componentes se expandem e podem se tornar inoperantes. Além disso, uma temperatura excessivamente alta pode levar a uma falha prematura dos componentes, o que pode resultar em uma parada total do funcionamento do motor.
Portanto, manter a temperatura interna sob controle é crucial para garantir o funcionamento seguro e eficiente do motor. Isso é feito por meio do sistema de refrigeração, que remove o calor excessivo do motor e o dissipa para o ambiente.
As outras alternativas não são corretas porque:
- B) diminuir bruscamente a temperatura interna não é o objetivo principal do sistema de refrigeração;
- C) diminuir a temperatura interna para produzir um melhor aproveitamento na queima do combustível não é o objetivo principal do sistema de refrigeração;
- D) manter o calor interno sob controle não é o objetivo principal do sistema de refrigeração;
- E) manter constantes o calor interno e a dilatação dos componentes envolvidos não é o objetivo principal do sistema de refrigeração.
583) Durante uma corrida, um homem de 70 kg gera energia a uma taxa de 1.200 J por segundo. Para manter a temperatura do corpo constante e igual a 37oC, essa energia deve ser removida pela transpiração ou por outros mecanismos. Caso esses mecanismos falhem e o calor não possa ser removido do corpo, durante quanto tempo ele poderia correr sem que ocorresse um dano irreversível em seu corpo? (As estruturas das proteínas do corpo humano são irreversivelmente danificadas se a temperatura for igual ou superior a 44oC. O calor específico típico do corpo humano é ligeiramente menor que o da água por volta de 3480 J/kgK.)
- A) 203 segundos
- B) 1.421 segundos
- C) 128 segundos
- D) 8.932 segundos
A alternativa correta é letra B) 1.421 segundos
Devemos calcular o tempo em que o corpo eleva a temperatura de 37°C até 44°C.
A taxa de energia por segundo é a Potência, que vale
P = 1200J/s=1200W
P = frac{Q}{t}
t = frac{P}{Q}=frac{m.c_p.Delta T}{P}
Obs.: Uma variação em graus Celsius é igual a uma variação em kelvins
t= frac{70.3480.(44-37)}{1200}=1421s
GABARITO LETRA B
584) Um bloco de chumbo de massa 60 kg colocado sobre a chama, após um certo tempo sofre um aumento de 20º C em sua temperatura.
Sendo o calor específico do chumbo 0,03 cal/g.ºC, a quantidade de calor transferida para o bloco é
- A) 36 kcal
- B) 36 cal
- C) 72 cal
- D) 72 kcal
A alternativa correta é letra A) 36 kcal
Gabarito: LETRA A.
Sabemos que o calor Q necessário para fazer uma massa m de uma substância de calor específico c sofrer uma variação de temperatura Delta theta é dado por:
Q = mc Delta theta
Logo,
Q = 60 times 10^3 cancel g cdot 0,03 dfrac { , cal } { cancel g cancel {°C } } cdot 20 cancel {°C}
Q = 36 times 10^3 , cal
Q = 36 , kcal
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).
585) Em uma determinada situação, existe a necessidade de aquecer 6 litros de água de maneira que a temperatura aumente em 12 ºC. Deve-se usar um resistor de 10 Ω e uma fonte de tensão elétrica, constante, de 120 V. Considerando que o calor específico da água seja 1cal/gºC e que 1 cal corresponde a 4 J, qual a alternativa que mostra o tempo necessário para proceder tal aquecimento?
- A) 600 segundos
- B) 180 segundos
- C) 120 segundos
- D) 200 segundos
- E) 60 segundos
A alternativa correta é D) 200 segundos
Para encontrar o tempo necessário para aquecer 6 litros de água em 12°C, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para isso. Como o calor específico da água é de 1cal/g°C, podemos calcular a variação de temperatura em graus Celsius:
ΔT = 12°C
Agora, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água em 12°C:
Q = mc × ΔT
onde m é a massa da água (6 litros = 6 kg) e c é o calor específico da água (1cal/g°C):
Q = 6 kg × 1cal/g°C × 12°C = 72 kcal
Como 1 cal é igual a 4 J, podemos converter a quantidade de calor em joules:
Q = 72 kcal × (4 J / 1 cal) = 288 J
Agora, precisamos calcular a corrente elétrica necessária para fornecer essa quantidade de calor em um determinado tempo. Como a fonte de tensão elétrica é constante e igual a 120 V, podemos calcular a resistência do resistor:
R = 10 Ω
Agora, podemos calcular a corrente elétrica:
I = V / R = 120 V / 10 Ω = 12 A
Finalmente, podemos calcular o tempo necessário para fornecer a quantidade de calor necessária:
t = Q / (V × I) = 288 J / (120 V × 12 A) = 200 s
Portanto, a alternativa correta é D) 200 segundos.
586) Uma viga de concreto tem 6,00 metros de comprimento. O coeficiente de dilatação térmica linear do concreto é 12.10-6 ºC-1. Considerando que em um determinado local, de noite, a temperatura chegou a ser 18ºC e de dia 32ºC, qual o valor aproximado da variação do comprimento da viga, em função desta variação de temperatura?
- A) 0,4 cm
- B) 2,1 mm
- C) 1,2 cm
- D) 0,5 cm
- E) 1,0 mm
Resposta
A alternativa correta é a letra E) 1,0 mm.
Explicação
Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de expansão térmica linear:
$$Delta L = alpha cdot L cdot Delta T$$onde $Delta L$ é a variação do comprimento, $alpha$ é o coeficiente de dilatação térmica linear, $L$ é o comprimento inicial e $Delta T$ é a variação de temperatura.
No problema, temos:
- $L = 6,00 m = 600 cm$ (comprimento inicial)
- $alpha = 12,10 cdot 10^{-6} ; ^{circ}C^{-1}$ (coeficiente de dilatação térmica linear do concreto)
- $Delta T = 32 ; ^{circ}C - 18 ; ^{circ}C = 14 ; ^{circ}C$ (variação de temperatura)
Substituindo os valores na fórmula, temos:
$$Delta L = 12,10 cdot 10^{-6} ; ^{circ}C^{-1} cdot 600 cm cdot 14 ; ^{circ}C$$Resolvendo a equação, obtemos:
$$Delta L approx 1,0 mm$$Portanto, a variação do comprimento da viga é de aproximadamente 1,0 mm.
587) Uma transformação gasosa evolui, segundo o ciclo de Carnot, entre as temperaturas de 400 K e 500 K. O trabalho total realizado no ciclo é positivo e, na expansão isotérmica, o trabalho realizado é 200 J. Qual a alternativa que apresenta a entropia nesta expansão, estando as unidades no SI?
- A) 0,4
- B) 2,5
- C) 2,0
- D) 0,5
- E) 1,5
A resposta correta é a letra A) 0,4
Para encontrar a entropia nesta expansão, precisamos utilizar a fórmula da entropia para uma transformação isotérmica, que é dada por:
ΔS = Q / T
Onde ΔS é a variação de entropia, Q é o trabalho realizado e T é a temperatura em Kelvin.
No caso desta questão, sabemos que o trabalho realizado na expansão isotérmica é de 200 J. Além disso, a temperatura em que ocorre a expansão é constante e igual a 500 K (uma das temperaturas limite do ciclo de Carnot).
Portanto, podemos calcular a variação de entropia como:
ΔS = Q / T = 200 J / 500 K = 0,4 J/K
Logo, a alternativa correta é a letra A) 0,4.
É importante notar que a entropia é uma grandeza que mede a quantidade de desordem ou aleatoriedade de um sistema. Neste caso, a expansão isotérmica do gás causa um aumento na entropia do sistema, pois o gás se expande e se torna mais desordenado.
588) Considere as afirmações abaixo relativas à propagação do calor:
I) a propagação de calor por irradiação ocorre também no vácuo.
II) todo o corpo bom absorvedor de calor é também um bom emissor.
III) a propagação de calor característica nos líquidos e gases é a convecção.
IV) o Sol aquece a Terra diretamente tanto por irradiação quanto por convecção.
As três afirmativas corretas são:
- A) I, II e III
- B) I, II e IV
- C) II, III e IV
- D) I, III e IV
A resposta correta é a letra A) I, II e III.
Vamos analisar cada afirmação:
I) A propagação de calor por irradiação ocorre também no vácuo. Verdadeiro , pois a irradiação é uma forma de transferência de calor que não requer um meio material, como o vácuo.
II) Todo corpo bom absorvedor de calor é também um bom emissor. Verdadeiro , pois a capacidade de um corpo absorver calor está relacionada à sua capacidade de emitir calor.
III) A propagação de calor característica nos líquidos e gases é a convecção. Verdadeiro , pois a convecção é a forma de transferência de calor que ocorre em líquidos e gases, devido à movimentação de partículas.
IV) O Sol aquece a Terra diretamente tanto por irradiação quanto por convecção. Falso , pois a Terra é aquecida pelo Sol principalmente por irradiação, e não por convecção.
Portanto, as afirmações I, II e III são verdadeiras, e a resposta correta é a letra A) I, II e III.
Essa questão avalia o conhecimento sobre a propagação de calor, destacando as diferenças entre as formas de transferência de calor, como irradiação e convecção, e a relação entre a capacidade de absorção e emissão de calor.
589) À temperatura ambiente, uma barra de ferro tem comprimento exatamente igual ao diâmetro de um orifício circular feito numa placa plana também de ferro.
Se a placa e a barra sofrerem um mesmo aquecimento Delta theta, após a dilatação térmica que ambos sofrerão, a barra
- A) terá comprimento menor que o novo diâmetro do orifício.
- B) terá comprimento maior que o novo diâmetro do orifício.
- C) terá comprimento menor que o novo diâmetro do orifício, se Delta theta for menor que a temperatura ambiente.
- D) terá comprimento maior que o novo diâmetro do orifício, se Delta theta for menor que a temperatura ambiente.
- E) continuará com comprimento igual ao novo diâmetro do orifício.
A resposta certa é a letra E) continuar com comprimento igual ao novo diâmetro do orifício.
Vamos entender o porquê. Quando uma barra de ferro é aquecida, uma expansão térmica ocorre, fazendo com que a barra aumente de comprimento. No entanto, é importante notar que a placa plana também é de ferro e sofre o mesmo aquecimento que a barra.
Como a placa e a barra sofrem o mesmo aumento de temperatura, Δθ, ambos se expandem igualmente. No entanto, como a barra e o orifício circular têm inicialmente o mesmo diâmetro, após a expansão, o diâmetro do orifício aumenta, mas o comprimento da barra não aumenta mais do que o diâmetro do orifício.
Isso ocorre porque a expansão térmica é igual em ambos os casos, e como a barra e a placa têm a mesma temperatura, a expansão é a mesma. Portanto, o comprimento da barra continua igual ao diâmetro do orifício.
É importante notar que as outras opções são incorretas porque a barra não pode ter comprimento menor ou maior que o diâmetro do orifício após a expansão, pois ambos sofrem o mesmo aumento de temperatura.
Além disso, as opções C e D são inválidas porque não fazem sentido em relação à questão. A temperatura ambiente não influencia na expansão térmica dos objetos.
590) Dois blocos A e B, ambos na temperatura de 20 ºC, foram mergulhados simultaneamente numa panela contendo água em ebulição, colocada sobre uma fonte de calor continuamente ligada. As temperaturas de A e B variaram em função do calor recebido (Q), de acordo com o gráfico mostrado a seguir:
Baseando-se nessas informações e sabendo-se que a experiência foi feita no nível do mar, pode-se afirmar que
- A) a capacidade térmica de A é maior que a de B.
- B) a capacidade térmica de A é menor que a de B.
- C) o calor específico da substância do corpo A é maior que o de B.
- D) o calor específico da substância do corpo A é menor que o de B.
- E) a massa de A é menor que a de B.
Resposta correta: B) A capacidade térmica de A é menor que a de B.
Para entender por que a alternativa B é a correta, vamos analisar o gráfico fornecido. O gráfico mostra como a temperatura dos blocos A e B varia em função do calor recebido (Q). Observamos que a temperatura do bloco B aumenta mais rapidamente que a do bloco A.
Isso ocorre porque a capacidade térmica de um corpo é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do corpo em 1°C. Quanto maior for a capacidade térmica de um corpo, mais calor ele precisa para elevar sua temperatura em 1°C.
No caso dos blocos A e B, como o bloco B tem uma temperatura que aumenta mais rapidamente, isso significa que ele absorve mais calor que o bloco A para elevar sua temperatura em 1°C. Portanto, a capacidade térmica do bloco A é menor que a do bloco B.
É importante notar que a capacidade térmica de um corpo não é a mesma coisa que o calor específico de um corpo. O calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1g de uma substância em 1°C, enquanto a capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de todo o corpo em 1°C.
Portanto, a alternativa B é a correta, pois a capacidade térmica do bloco A é menor que a do bloco B.