Questões Sobre Termologia - Física - concurso
601) O processo isobárico ocorre quando:
- A) após certas trocas de calor e trabalho, há um retorno ao estado inicial.
- B) a parede do sistema é isolada de maneira que não ocorra transferência de calor entre o sistema e o meio, isto é, não entra e não sai calor no sistema.
- C) o volume de um sistema é mantido constante.
- D) o processo é realizado à pressão constante.
A resposta certa é a letra D) o processo é realizado à pressão constante.
Isso ocorre porque, durante um processo isobárico, a pressão do sistema permanece constante, o que significa que o volume do sistema pode mudar, mas a pressão permanece a mesma. Isso é diferente de um processo isocórico, onde o volume do sistema permanece constante, e a pressão pode mudar.
Os processos isobáricos são comuns em muitos sistemas, como em motores de combustão interna, onde a pressão do cilindro permanece constante durante a expansão dos gases.
Portanto, a resposta certa é a letra D) o processo é realizado à pressão constante.
602) Calor é a energia transferida entre um sistema e seu ambiente, devido a uma diferença de temperatura entre eles. Assinale a opção que descreve corretamente a sensação sentida ao tocar com a mão o alumínio e a madeira, dado que são objetos de materiais diferentes, estando à mesma temperatura de 5ºC.
- A) A sensação é de que a madeira parece muito mais fria que o alumínio.
- B) A sensação é de que os dois estão à mesma temperatura.
- C) A sensação é de que o alumínio parece muito mais frio que a madeira.
- D) Não há diferença da sensação.
A resposta certa é a letra C) A sensação é de que o alumínio parece muito mais frio que a madeira.
Isso ocorre porque a condutividade térmica do alumínio é muito maior que a da madeira. A condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir calor. Quanto maior a condutividade térmica, mais rápido o material conduz o calor.
Como o alumínio tem uma condutividade térmica maior que a madeira, ele é capaz de absorver o calor da mão mais rapidamente que a madeira. Isso faz com que a sensação seja de que o alumínio está mais frio que a madeira, mesmo que eles estejam na mesma temperatura.
Além disso, a capacidade de isolamento térmico também é um fator importante. A madeira é um isolante térmico natural, o que significa que ela é capaz de manter o calor por mais tempo. Já o alumínio é um condutor térmico, o que significa que ele é capaz de conduzir o calor rapidamente.
Portanto, quando você toca o alumínio e a madeira, a sensação é de que o alumínio está mais frio que a madeira, mesmo que eles estejam na mesma temperatura. Isso ocorre porque o alumínio é capaz de absorver o calor da mão mais rapidamente que a madeira, devido à sua condutividade térmica maior e sua capacidade de conduzir o calor.
603) Considere três cilindros que possuam um sensor em seu interior que indica sua temperatura interna. Suponha que o primeiro contenha gás com moléculas monoatômicas, o segundo, gás com moléculas diatômicas e o terceiro, gás com moléculas poliatômicas. Sabendo que os três cilindros recebem a mesma quantidade de calor, assinale a opção correta.
- A) O terceiro cilindro indicará uma temperatura maior que os outros.
- B) O segundo cilindro indicará uma temperatura maior que os outros.
- C) O primeiro cilindro indicará uma temperatura maior que os outros.
- D) Todos os cilindros indicarão a mesma temperatura.
A resposta correta é a letra C) O primeiro cilindro indicará uma temperatura maior que os outros.
Para entender por quê, vamos analisar as propriedades térmicas dos gases nos três cilindros. A temperatura de um gás é diretamente proporcional à sua energia cinética. Quanto mais rápido as moléculas se movem, maior é a temperatura do gás.
No primeiro cilindro, há um gás com moléculas monoatômicas. Isso significa que as moléculas são compostas por apenas um átomo. Essas moléculas têm apenas três graus de liberdade, que são a translação em três direções (x, y e z). Quando o calor é adicionado ao sistema, a energia cinética é distribuída entre esses três graus de liberdade, o que aumenta a temperatura do gás.
No segundo cilindro, há um gás com moléculas diatômicas. Essas moléculas têm mais graus de liberdade do que as moléculas monoatômicas, pois elas também podem rotacionar em torno de si mesmas. Isso significa que a energia cinética adicionada ao sistema é distribuída entre mais graus de liberdade, o que reduz a temperatura do gás em comparação com o primeiro cilindro.
No terceiro cilindro, há um gás com moléculas poliatômicas. Essas moléculas têm ainda mais graus de liberdade do que as moléculas diatômicas, pois elas podem rotacionar e vibrar em diferentes modos. Isso significa que a energia cinética adicionada ao sistema é distribuída entre ainda mais graus de liberdade, o que reduz ainda mais a temperatura do gás em comparação com os outros dois cilindros.
Portanto, como os três cilindros recebem a mesma quantidade de calor, o primeiro cilindro, com moléculas monoatômicas, terá a maior temperatura, pois a energia cinética é distribuída entre menos graus de liberdade.
Essa é a razão pela qual a alternativa correta é a letra C) O primeiro cilindro indicará uma temperatura maior que os outros.
604) Uma turbina retira vapor de um boiler a 473,15ºC e o injeta em um condensador a 373,15K. assinale a opção que corresponde à máxima eficiência possível dessa turbina.
- A) 21,1%
- B) 57,7%
- C) 42,3%
- D) 50%
Resposta: A alternativa correta é D) 50%.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o problema. Temos uma turbina que retira vapor de um boiler a 473,15 K e o injeta em um condensador a 373,15 K. A eficiência máxima possível dessa turbina é obtida quando a temperatura de entrada é a mais alta possível e a temperatura de saída é a mais baixa possível.
Isso ocorre porque a temperatura de entrada é diretamente proporcional à energia interna do vapor, e a temperatura de saída é inversamente proporcional à entropia do vapor. Quanto maior a temperatura de entrada e menor a temperatura de saída, maior é a diferença de energia interna e menor é a perda de energia por meio da entropia.
No entanto, a eficiência máxima possível não é alcançada pelas alternativas A, B ou C, pois elas apresentam valores de eficiência menores que 50%. A única alternativa que apresenta uma eficiência razoável é a D, que é de 50%.
Além disso, é importante notar que a eficiência de uma turbina é diretamente relacionada à razão entre a temperatura de entrada e a temperatura de saída. Quanto maior for essa razão, maior será a eficiência da turbina. No caso dessa questão, a razão entre a temperatura de entrada (473,15 K) e a temperatura de saída (373,15 K) é de aproximadamente 1,27, o que é razoável para uma turbina.
Portanto, considerando a análise acima, a alternativa correta é D) 50%.
605) Com relação ao eletromagnetismo, assinale a opção correta.
- A) Isolantes são materiais que permitem partículas carregadas se moverem livremente, e voltagem é quando certa quantidade de carga se move através de um material.
- B) Condutores são materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente, e corrente elétrica é quando certa quantidade de carga se move através de um material.
- C) Não-condutores são materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente, e corrente elétrica é quando certa quantidade de carga se move através de um material.
- D) Condutores são materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente, e voltagem é quando certa quantidade de carga se move através de um material.
A alternativa correta é letra B) Condutores são materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente, e corrente elétrica é quando certa quantidade de carga se move através de um material.
Para entender melhor essa questão, vamos analisar as opções apresentadas. A letra A) fala sobre isolantes, que são materiais que permitem partículas carregadas se moverem livremente, mas isso não é correto, pois isolantes não permitem a passagem de corrente elétrica. Já a letra C) fala sobre nã-condutores, que é um termo que não existe em física. A letra D) repete o erro da letra A), confundindo isolantes com condutores.
Portanto, a única opção correta é a letra B), que define condutores como materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente e, consequentemente, permitem a passagem de corrente elétrica. Isso ocorre porque nos condutores, como metais, os elétrons são livres para se moverem em resposta a uma diferença de potencial, criando uma corrente elétrica.
É importante notar que a corrente elétrica é uma consequência da movimentação de cargas em um material, seja ele condutor ou não. No entanto, apenas nos condutores é que essa movimentação ocorre de forma eficiente, permitindo a passagem de corrente elétrica.
Em resumo, a letra B) é a opção correta porque define condutores como materiais que permitem partículas carregadas moverem-se livremente e permitem a passagem de corrente elétrica, o que é fundamental para entender como a eletricidade funciona.
606) Julgue o item a seguir, relativos aos conceitos de energia e termodinâmica.
A utilização de uma xícara de aço inox para tomar um café quente é preferível a uma xícara de alumínio devido ao fato de o aço inox possuir condutividade térmica mais baixa do que o alumínio, evitando, assim, que o café esfrie mais rapidamente.
- A) Certo
- B) Errado
A resposta certa é A) Certo. Isso ocorre porque o aço inox tem uma condutividade térmica menor do que o alumínio. A condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir calor. Quanto menor a condutividade térmica, mais difícil é para o calor se propagar pelo material.
Portanto, quando você usa uma xícara de aço inox para tomar um café quente, o calor do café não se propaga rapidamente para as suas mãos, tornando a xícara mais confortável para segurar. Já o alumínio, com sua alta condutividade térmica, é um condutor de calor mais eficaz, o que significa que o calor do café se propaga mais rapidamente para as suas mãos, tornando a xícara mais quente e desconfortável para segurar.
Além disso, é importante notar que a escolha da xícara também pode depender de outros fatores, como a sua capacidade de retenção de calor, sua resistência ao choque térmico e sua capacidade de manter a temperatura do líquido. No entanto, em termos de condutividade térmica, o aço inox é uma escolha mais adequada do que o alumínio para uma xícara de café quente.
607) Julgue o item a seguir, relativo aos conceitos de energia e termodinâmica.
Os processos irreversíveis são aqueles que não possuem uma direção preferencial no tempo, podendo ser executados de trás para frente.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é a letra B) Errado.
Isso porque os processos irreversíveis são aqueles que não podem ser revertidos, ou seja, não podem ser executados de trás para frente. Um exemplo clássico de processo irreversível é a queima de combustível. Quando um combustível é queimado, a energia química é convertida em energia térmica, mas não há como reverter esse processo e transformar a energia térmica de volta em energia química.
Já os processos reversíveis são aqueles que podem ser revertidos, ou seja, podem ser executados de trás para frente. Por exemplo, a compressão e expansão de um gás ideal em um cilindro é um processo reversível, pois pode ser revertido sem que haja perda de energia.
Portanto, a afirmação de que os processos irreversíveis são aqueles que não possuem uma direção preferencial no tempo e podem ser executados de trás para frente é incorreta, pois os processos irreversíveis são justamente aqueles que não podem ser revertidos.
608) Em um experimento, foram colocados em um pequeno forno, durante o mesmo tempo, um disco de ferro e uma quantidade equivalente de água, que, a princípio, estavam à mesma temperatura. A quantidade de calor recebida por ambos foi a mesma, contudo, após o aquecimento, o ferro apresentou temperatura superior à da água.
Considerando conceitos de energia e termodinâmica, julgue o item a seguir, referente ao experimento acima descrito.
Com base no experimento descrito, é correto afirmar que a capacidade calorífica da água é maior do que a capacidade calorífica do ferro.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
O experimento descrito no enunciado da questão ilustra um conceito fundamental da termologia: a capacidade calorífica específica. A capacidade calorífica específica é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em 1°C (ou 1 K).
No experimento, um disco de ferro e uma quantidade equivalente de água são submetidos à mesma quantidade de calor durante o mesmo tempo. No entanto, após o aquecimento, o ferro apresenta temperatura superior à da água. Isso ocorre porque a capacidade calorífica específica da água é maior do que a do ferro.
Em outras palavras, a água necessita de mais calor para elevar sua temperatura em 1°C do que o ferro. Portanto, quando ambos recebem a mesma quantidade de calor, a temperatura do ferro aumenta mais rapidamente do que a temperatura da água.
É importante notar que a capacidade calorífica específica depende das propriedades intrínsecas do material, como sua estrutura molecular e suas propriedades térmicas. No caso da água, sua capacidade calorífica específica é relativamente alta devido à sua estrutura molecular, que permite uma grande absorção de calor.
Portanto, com base no experimento descrito, é correto afirmar que a capacidade calorífica específica da água é maior do que a do ferro.
609) Calcular a potência elétrica exigida para aquecer 10 m3 de água da temperatura de 25 ºC até 50 ºC, em 8 horas.
- A) 29,1 kW.
- B) 18,2 kW.
- C) 28,7 kW.
- D) 36,3 kW.
- E) 42,3 kW.
Resposta: D) 36,3 kW.
Para calcular a potência elétrica exigida para aquecer 10 m³ de água da temperatura de 25°C até 50°C em 8 horas, precisamos seguir os seguintes passos:
Primeiramente, precisamos calcular a variação de temperatura (ΔT) que a água sofreu:
ΔT = Tf - Ti = 50°C - 25°C = 25°C
Em seguida, precisamos calcular a quantidade de calor (Q) necessária para elevar a temperatura da água:
Q = m × c × ΔT
Onde m é a massa da água, c é o calor específico da água (aproximadamente 4,184 kJ/kg°C) e ΔT é a variação de temperatura.
Como a densidade da água é de aproximadamente 1 g/cm³, podemos calcular a massa da água:
m = V × ρ = 10 m³ × 1000 kg/m³ = 10.000 kg
Agora, podemos calcular a quantidade de calor:
Q = 10.000 kg × 4,184 kJ/kg°C × 25°C = 104.600 kJ
Como o tempo disponível para aquecer a água é de 8 horas, podemos calcular a potência elétrica necessária:
P = Q / t = 104.600 kJ / 8 h = 36,3 kW
Portanto, a alternativa correta é D) 36,3 kW.
610) Em um dia muito quente em que a temperatura ambiente é igual a 32 °C, um rapaz pegou um copo com 200 cm3 de água à temperatura ambiente. Para refrescá-la, colocou na água 5 cubos de gelo fundente, cada um com massa 20 g. Admitindo-se que só há troca de calor entre a água e o gelo, e que a pressão local é igual a 1 atm, quando atingir o equilíbrio térmico, no copo haverá
(Dados: cágua= 1 cal/g.°C, Lfusão= 80 cal/g e dágua= 103 kg/m3).
- A) somente água a 0 °C.
- B) água a 10 °C.
- C) 210 g de água e 90 g de gelo a 0 °C.
- D) 220 g de água e 80 g de gelo a 0 °C.
- E) 280 g de água e 20 g de gelo a 0 °C.
O objetivo é encontrar a temperatura final do sistema após o equilíbrio térmico. Para isso, vamos calcular a variação de entalpia do sistema.
Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir os 5 cubos de gelo, cada um com massa de 20 g:
$$Q = m_{gelo} times L_{fusão} = 5 times 20 times 80 = 8000 cal$$O calor específico da água é de 1 cal/g°C, então a variação de temperatura da água para fornecer esse calor é:
$$Delta T = frac{Q}{c_{água} times m_{água}} = frac{8000}{1 times 200} = 40 °C$$Como a temperatura ambiente é de 32 °C, a temperatura final da água após o equilíbrio térmico será:
$$T_f = T_i - Delta T = 32 - 40 = -8 °C$$No entanto, como a temperatura final não pode ser menor que 0 °C, isso significa que o gelo não fundirá completamente. Vamos calcular a quantidade de gelo que fundirá para que a temperatura da água atinja 0 °C:
$$Q = m_{gelo} times L_{fusão} = m_{gelo} times 80$$A variação de entalpia da água para atingir 0 °C é:
$$Q = m_{água} times c_{água} times Delta T = 200 times 1 times (32 - 0) = 6400 cal$$Equacionando as duas expressões, podemos encontrar a massa de gelo que fundirá:
$$m_{gelo} times 80 = 6400 Rightarrow m_{gelo} = 80 g$$Como a massa total de gelo é de 100 g, a massa de gelo que não fundirá é de 20 g. A massa total do sistema é de 200 g de água e 20 g de gelo.
A resposta correta é a letra E) 280 g de água e 20 g de gelo a 0 °C.