Questões Sobre Termologia - Física - concurso
611) A sonda Phoenix, lançada pela NASA, detectou em 2008 uma camada de gelo no fundo de uma cratera na superfície de Marte. Nesse planeta, o gelo desaparece nas estações quentes e reaparece nas estações frias, mas a água nunca foi observada na fase líquida. Com auxílio do diagrama de fase da água, analise as três afirmações seguintes.
I. O desaparecimento e o reaparecimento do gelo, sem a presença da fase líquida, sugerem a ocorrência de sublimação.
II. Se o gelo sofre sublimação, a pressão atmosférica local deve ser muito pequena, inferior à pressão do ponto triplo da água.
III. O gelo não sofre fusão porque a temperatura no interior da cratera não ultrapassa a temperatura do ponto triplo da água.
De acordo com o texto e com o diagrama de fases, pode-se afirmar que está correto o contido em
- A) I, II e III.
- B) II e III, apenas.
- C) I e III, apenas.
- D) I e II, apenas.
- E) I, apenas.
Resposta: A alternativa correta é a letra D) I e II, apenas.
Explicação: A análise das afirmações I, II e III pode ser feita com o auxílio do diagrama de fases da água.
afirmação I: O desaparecimento e o reaparecimento do gelo, sem a presença da fase líquida, sugerem a ocorrência de sublimação. SIM, pois o gelo pode passar diretamente do estado sólido para o estado gasoso.
afirmação II: Se o gelo sofre sublimação, a pressão atmosférica local deve ser muito pequena, inferior à pressão do ponto triplo da água. SIM, pois a pressão do ponto triplo da água é de aproximadamente 611,73 Pa, e se a pressão atmosférica for menor que essa, o gelo pode sublimar.
afirmação III: O gelo não sofre fusão porque a temperatura no interior da cratera não ultrapassa a temperatura do ponto triplo da água. NÃO, pois a temperatura do ponto triplo da água é de aproximadamente 0,01°C, e se a temperatura no interior da cratera for maior que essa, o gelo pode fundir.
Conclusão: As afirmações I e II são verdadeiras, pois o gelo pode sublimar se a pressão atmosférica for menor que a pressão do ponto triplo da água, e se a temperatura for menor que a temperatura do ponto triplo da água. Já a afirmação III é falsa, pois o gelo pode fundir se a temperatura for maior que a temperatura do ponto triplo da água.
612) O gráfico mostra as curvas de quantidade de calor absorvido em função da temperatura para dois corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de líquido.
O bloco de metal, a 115 ºC, foi colocado em contato com o líquido, a 10 ºC, em um recipiente ideal e isolado termicamente. Considerando que ocorreu troca de calor somente entre o bloco e o líquido, e que este não se evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá a
- A) 70 ºC.
- B) 60 ºC.
- C) 55 ºC.
- D) 50 ºC.
- E) 40 ºC.
Resposta: A alternativa correta é letra E) 40°C.
Para explicar essa resposta, vamos analisar o gráfico que mostra as curvas de quantidade de calor absorvido em função da temperatura para dois corpos distintos: um bloco de metal e certa quantidade de líquido.
Observamos que o bloco de metal, à 115°C, foi colocado em contato com o líquido, à 10°C, em um recipiente ideal e isolado termicamente. Considerando que ocorreu troca de calor somente entre o bloco e o líquido, e que este não se evaporou, o equilíbrio térmico ocorrerá quando a temperatura do sistema for igual.
Como o bloco de metal está à 115°C e o líquido à 10°C, haverá uma transferência de calor do bloco para o líquido até que as temperaturas sejam iguais. Isso significa que o bloco perderá calor e o líquido ganhará calor.
Analisando as curvas, vemos que a quantidade de calor absorvido pelo líquido é maior que a quantidade de calor perdido pelo bloco de metal. Isso ocorre porque a capacidade calorífica específica do líquido é maior que a do bloco de metal.
Quando o sistema atinge o equilíbrio térmico, a temperatura de ambos os corpos será a mesma. Para encontrar essa temperatura, podemos analisar o gráfico e encontrar o ponto de interseção entre as curvas de quantidade de calor absorvido.
Observamos que o ponto de interseção ocorre em torno de 40°C. Portanto, a alternativa correta é letra E) 40°C.
613) Os elevados custos da energia, aliados à conscientização da necessidade de reduzir o aquecimento global, fazem ressurgir antigos projetos, como é o caso do fogão solar. Utilizando as propriedades reflexivas de um espelho esférico côncavo, devidamente orientado para o Sol, é possível produzir aquecimento suficiente para cozinhar ou fritar alimentos. Suponha que um desses fogões seja constituído de um espelho esférico côncavo ideal e que, num dado momento, tenha seu eixo principal alinhado com o Sol.
Na figura, P1 a P5 representam cinco posições igualmente espaçadas sobre o eixo principal do espelho, nas quais uma pequena frigideira pode ser colocada. P2 coincide com o centro de curvatura do espelho e P4, com o foco. Considerando que o aquecimento em cada posição dependa exclusivamente da quantidade de raios de luz refletidos pelo espelho que atinja a frigideira, a ordem decrescente de temperatura que a frigideira pode atingir em cada posição é:
- A) P4 > P1 = P3 = P5 > P2.
- B) P4 > P3 = P5 > P2 > P1.
- C) P2 > P1 = P3 = P5 > P4.
- D) P5 = P4 > P3 = P2 > P1.
- E) P5 > P4 > P3 > P2 > P1.
Para responder a essa questão, é necessário entender como o fogão solar funciona e como a posição da frigideira em relação ao espelho esférico cônco afeta a quantidade de raios de luz que atinge a frigideira.
Primeiramente, é importante notar que o centro de curvatura do espelho (P2) é o ponto que está mais próximo do Sol, portanto, recebe a maior quantidade de raios de luz refletidos. Além disso, o foco do espelho (P4) é o ponto onde os raios de luz se concentram, portanto, também recebe uma grande quantidade de raios de luz.
Em seguida, é necessário analisar as posições P1, P3 e P5. Como essas posições estão igualmente espaçadas do centro de curvatura do espelho, a quantidade de raios de luz que atinge a frigideira em cada uma dessas posições é a mesma.
Por fim, é fácil concluir que a ordem decrescente de temperatura que a frigideira pode atingir em cada posição é: P4 > P3 = P5 > P2 > P1.
A alternativa correta é a letra B) P4 > P3 = P5 > P2 > P1.
Essa resposta pode ser explicada pelo fato de que o foco do espelho (P4) é o ponto que recebe a maior quantidade de raios de luz, seguido pelo centro de curvatura do espelho (P2). As posições P3 e P5 recebem a mesma quantidade de raios de luz, que é menor do que a quantidade recebida pelo centro de curvatura do espelho. Por fim, a posição P1 é a que recebe a menor quantidade de raios de luz.
614) Um quadro quadrado de lado ell e massa m, feito de um material de coeficiente de dilatação superficial beta, é pendurado no pino O por uma corda inextensível, de massa desprezível, com as extremidades fixadas no meio das arestas laterais do quadro, conforme a figura. A força de tração máxima que a corda pode suportar é F. A seguir, o quadro é submetido a uma variação de temperatura Delta T, dilatando. Considerando desprezível a variação no comprimento da corda devida à dilatação, podemos afirmar que o comprimento mínimo da corda para que o quadro possa ser pendurado com segurança é dado por
- A) ( ) 2 ell F , sqrt{beta Delta T}, /, mg.
- B) ( ) 2 ell F , (1 , + , beta Delta T) , /mg.
- C) ( ) 2 ell F , (1 , + , beta Delta T) , / , sqrt{(4F^2 , - , m^2g^2)}.
- D) ( ) 2 ell F sqrt{(1, + , beta Delta T)}, / (2F , - , mg).
- E) ( ) 2 ell F sqrt{(1, + , beta Delta T), / (4F^2 , - , m^2g^2)}.
A alternativa correta é letra E) ( ) 2 ell F sqrt{(1, + , beta Delta T), / (4F^2 , - , m^2g^2)}.
Devido à variação de temperatura Delta T, o quadro sofrerá uma dilatação superficial dada por:
A' = A ( 1 + beta Delta T )
Onde A é a sua área inicial e A' a sua área final. Se ell é o lado do quadrado inicialmente e ell' o lado do quadrado após a dilatação térmica, a equação acima se torna:
{ell'}^2 = {ell}^2 ( 1 + beta Delta T )
Então,
ell' = {ell} sqrt{ 1 + beta Delta T } tag{1}
Seja d o comprimento da corda. Após a dilatação, teremos a situação a seguir:
Para que haja equilíbrio, devemos ter:
2 F cos theta = P
Logo,
2 F cos theta = mg
cos theta = dfrac { mg } { 2 F } tag{2}
Da figura acima, ainda temos que:
sin theta = dfrac { dfrac { ell' } { 2 } } { dfrac { d } { 2 } }
sin theta = dfrac { ell' } { d }
Substituindo-se ell' de (1), temos que:
sin theta = dfrac { {ell} sqrt{ 1 + beta Delta T } } { d } tag{3}
Aplicando-se a identidade trigonométrica sin^2 theta + cos^2 theta = 1 e substituindo-se (2) e (3), temos:
left( dfrac { {ell} sqrt{ 1 + beta Delta T } } { d } right)^2 + left( dfrac { mg } { 2 F } right)^2 = 1
dfrac { {ell}^2 left( 1 + beta Delta T right) } { d^2 } + dfrac { m^2 g^2 } { 4 F^2 } = 1
dfrac { {ell}^2 left( 1 + beta Delta T right) } { d^2 } = 1 - dfrac { m^2 g^2 } { 4 F^2 }
dfrac { {ell}^2 left( 1 + beta Delta T right) } { d^2 } = dfrac { 4 F^2 - m^2 g^2 } { 4 F^2 }
d^2 = dfrac { 4 F^2 {ell}^2 left( 1 + beta Delta T right) } { 4 F^2 - m^2 g^2 }
d = sqrt { dfrac { 4 F^2 {ell}^2 left( 1 + beta Delta T right) } { 4 F^2 - m^2 g^2 } }
d = 2 F {ell} sqrt { dfrac { left( 1 + beta Delta T right) } { left( 4 F^2 - m^2 g^2 right) } }
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
615) A figura ao lado apresenta a curva de aquecimento de 100 g de uma substância pura genérica no estado sólido. Sabe-se que calor é fornecido
a uma velocidade constante de 500 cal
min^{-1}. Admite-se que não há perda de calor para o meio ambiente, que a pressão é de 1 atm durante toda a transformação e que a substância sólida apresenta apenas uma fase cristalina. Considere que sejam feitas as seguintes afirmações em relação aos estágios de aquecimento descritos na figura:
I. No segmento PQ ocorre aumento da energia cinética das moléculas.
II. No segmento QR ocorre aumento da energia potencial.
III. O segmento QR é menor que o segmento ST porque o calor de fusão da substância é menor que o seu calor de vaporização.
IV. O segmento RS tem inclinação menor que o segmento PQ porque o calor específico do sólido é maior que o calor específico do líquido.
Das afirmações acima, está(ão) ERRADA(S):
- A) ( ) apenas I.
- B) ( ) apenas I, II e III.
- C) ( ) apenas II e IV.
- D) ( ) apenas III.
- E) ( ) apenas IV.
A alternativa correta é letra E) ( ) apenas IV.
A questão cobra do candidato conhecimentos acerca de estados físicos da matéria e suas transformações por meios de processos térmicos.
Antes de resolver a questão, vamos à algumas definições. Apesar de existir outros estados físicos, vamos nos ater na premissa que a matéria possui 3 estados básicos:
- Sólido: caracteriza-se por possuir uma estrutura organizada e compacta e baixa vibração molecular (baixa energia cinética e baixa energia potencial);
- Líquido: caracteriza-se por possuir uma estrutura baixo estado de organização, estrutura compacta e um maior grau de vibração molecular;
- Gasoso: nenhuma organização e alto grau de vibração molecular (alta energia cinética e potencial).
Fonte: https://www.infoescola.com/quimica/estados-fisicos-da-materia/
- Energia cinética de uma molécula diz respeito ao eu movimento em si. Quanto mais alta, mais rápido a molécula se move.
- Energia potencial de uma molécula diz respeito à estrutura da molécula. Quanto mais rígida é uma estrutura, menor sua energia potencial.
Nesse contexto, tanto com relação à energia cinética, quanto em termos de energia potencial:
E_{sólido} < E_{líquido} < E_{gás/vapor}
Antes de adentramos na questão, precisamos introduzir conceitos de termologia. Quando estamos tratando de estados físicos da matéria, temos dois tipos de calor:
- calor latente: é o responsável pela transformação entre os estados físicos. Durante esse processo, a temperatura é constante.
Q_{L} = m cdot C_L
ou
frac{Q_{L}}{ Delta t} = dot Q_{L} = frac{m}{Delta t} cdot C_L
QL = Quantidade de calor latente;
m = Massa (kg);
CL = Calor latente;
dot Q_L = Taxa de calor latente
Delta t = Tempo
- calor sensível: é o responsável pela variação de temperatura de uma substância em um determinado estado físico;
Q_S = m cdot C_s cdot Delta T
ou
frac{Q_S}{ Delta t} = dot Q_S =m cdot C_s cdot frac{Delta T}{Delta t}
QS = Quantidade de calor sensível;
m = Massa (kg);
CS = Calor sensível;
Delta T = Variação de temperatura
dot Q_S = Taxa de calor sensível
Delta t = Tempo
Vamos agora à resolução.
A questão apresenta a imagem e as assertivas abaixo e pede para identificarmos as ERRADAS. A questão informa que há transferência de calor constante para o sistema numa taxa de 500 cal/min.
I. No segmento PQ ocorre aumento da energia cinética das moléculas.
CERTA. Perceba que há o aumento da temperatura das moléculas, logo, há o aumento da energia cinética e potencial.
II. No segmento QR ocorre aumento da energia potencial.
CERTA. Observe que, apesar da temperatura permanecer constante (mudança de estado físico), o tempo está passando. Enquanto o tempo passa, o sistema está recebendo calor e mudando para uma fase com maior energia cinética e potencial.
III. O segmento QR é menor que o segmento ST porque o calor de fusão da substância é menor que o seu calor de vaporização.
CERTA. QR e ST são referentes a mudanças de fase (temperatura constante): fusão e vaporização, respectivamente. A mesma quantidade de substância passa mais tempo recebendo calor enquanto vaporiza do que enquanto funde. Isso significa que o calor de fusão é menor do que o calor de vaporização.
IV. O segmento RS tem inclinação menor que o segmento PQ porque o calor específico do sólido é maior que o calor específico do líquido.
ERRADA. Perceba que a mudança de temperatura de -40ºC até 0ºC é muito mais rápida que de 0ºC até 40ºC. Ou seja, uma pequena quantidade de calor eleva a temperatura do sólido, enquanto que o líquido precisa de mais energia para aumentar a temperatura em 40 unidades de ºC.
O comportamento do sólido é característico de um calor específico baixo. E o do líquido, alto.
RECOMENDAÇÃO DE QUESTÃO
https://www.tecconcursos.com.br/questoes/2165378
616) Um recipiente contendo gás hidrogênio ( H_2) é mantido à temperatura constante de 0 °C. Assumindo que, nessa condição, o H_2 é um gás ideal e sabendo-se que a velocidade média das moléculas desse gás, nessa temperatura, é de 1,85 , x , 10^3 , m, s^{-1}, assinale a alternativa CORRETA que apresenta o valor calculado da energia cinética média, em J, de uma única molécula de H_2.
- A) ( ) 3,1 x 10^{-24}
- B) ( ) 5,7 x 10^{-24}
- C) ( ) 3,1 x 10^{-21}
- D) ( ) 5,7 x 10^{-21}
- E) ( ) 2,8 x 10^{-18}
A alternativa correta é letra D) ( ) 5,7 x 10^{-21}
A questão cobra do candidato conhecimentos de energia cinética e termodinâmica.
A energia cinética é definida como:
E_c = frac{m cdot v_m^2}{2}
Onde:
E_c é a energia cinética
m é a massa do corpo
v_m é a velocidade média.
Como a questão pede a energia cinética de apenas 1 molécula, precisamos achar a massa de uma única molécula de hidrogênio (H2). Como 1 mol de gás hidrogênio possui 6,022 cdot 10^{23} moléculas e pesa 2g:
m=frac{2}{6,022 cdot 10^{23}} , g=frac{2 cdot 10^{-3}}{6,022 cdot 10^{23}} , Kg
Logo,
E_c = m cdot frac{v_m^2}{2}=frac{2 cdot 10^{-3}}{6,022 cdot 10^{23}} , Kg cdot frac{(1,85 , x , 10^3 , m, s^{-1})^2}{2}
E_c=0,5685 cdot 10^{-20}=5,7 cdot 10^{-21} J
Logo, o gabarito é LETRA D.
617) O calor é uma forma de energia que flui de um corpo para outro devido a uma diferença de temperatura. Com relação à transmissão do calor, não é correto afirmar:
- A) o calor se transmite de corpo para corpo ou em um mesmo corpo de molécula para molécula.
- B) nos gases e líquidos, o calor circula no meio transmissor.
- C) as ondas caloríferas irradiadas pelo corpo em combustão atravessam o espaço.
- D) a transmissão do calor pode ocorrer por meio de três processos: condução, convecção e irradiação.
- E) na condução, o calor se transmite apenas de molécula para molécula.
A resposta correta é a letra E) na condução, calorífica, o calor se transmite apenas de molécula para molécula.
Para entender melhor essa resposta, é importante lembrar que a condução de calor é um dos processos de transferência de calor. Nesse processo, o calor se transmite de molécula para molécula em um mesmo corpo ou entre corpos em contato. Isso ocorre porque as moléculas estão em constante movimento e, quando há uma diferença de temperatura, as moléculas mais energizadas (quentes) transferem sua energia para as moléculas menos energizadas (frias), resultando na transferência de calor.
No caso da condução de calor, a transferência de calor ocorre apenas entre moléculas adjacentes, ou seja, de molécula para molécula. Isso significa que o calor não se transmite por meio de ondas ou radiação, mas sim pela interação direta entre as moléculas.
As outras opções estão incorretas porque:
- A) O calor se transmite de corpo para corpo ou em um mesmo corpo de molécula para molécula é uma afirmação verdadeira, mas não é uma característica específica da condução de calor.
- B) Nos gases e líquidos, o calor circula no meio transmissor, mas isso é característico da convecção de calor, não da condução.
- C) As ondas caloríficas irradiadas pelo corpo em combustão atravessam o espaço, mas isso é característico da radiação de calor, não da condução.
- D) A transmissão do calor pode ocorrer por meio de três processos: condução, convecção e radiação, mas essa opção não descreve a característica específica da condução de calor.
Portanto, a opção E) é a resposta correta porque descreve a característica específica da condução de calor, que é a transferência de calor apenas entre moléculas adjacentes.
618) A relação entre os coeficientes de dilatação linear de dois metais é ½.
Baseado em seus conhecimentos sobre Dilatação Térmica dos Sólidos, a relação entre os coeficientes de dilatação superficial desses metais é
- A) 1.
- B) 2.
- C) 4.
- D) ½.
- E) ¼.
A resposta certa é a letra D) ½.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos lembrar que a dilatação térmica dos sólidos ocorre devido ao aumento da energia cinética das partículas que os compõem. Quando um sólido é aquecido, as suas partículas começam a se mover mais rápido, fazendo com que o sólido se expanda.
Os coeficientes de dilatação linear são uma medida de quanto um sólido se expande quando sua temperatura aumenta. Em geral, os metais têm coeficientes de dilatação linear diferentes entre si.
A relação entre os coeficientes de dilatação linear de dois metais é dada pela fórmula:
$$alpha_1 = frac{alpha_2}{2}$$Onde $alpha_1$ é o coeficiente de dilatação linear do primeiro metal e $alpha_2$ é o coeficiente de dilatação linear do segundo metal.
Como a questão não fornece informações específicas sobre os dois metais, podemos apenas concluir que a relação entre os seus coeficientes de dilatação linear é de ½, como afirmado na alternativa D.
É importante notar que a dilatação térmica superficial é uma propriedade diferente da dilatação térmica linear, e é influenciada por fatores como a forma e a estrutura do material.
Portanto, a resposta certa é a letra D) ½, pois é a única que apresenta a relação correta entre os coeficientes de dilatação linear dos dois metais.
619) Duas barras metálicas quaisquer de comprimentos diferentes e em equilíbrio térmico são colocadas em um forno.
Após sofrerem a mesma variação de temperatura, sofrerá a maior dilatação aquela barra que tiver
- A) o maior produto do comprimento inicial pela variação de temperatura.
- B) o maior produto do comprimento inicial pelo coeficiente de dilatação linear.
- C) o maior produto do coeficiente de dilatação linear pela variação de temperatura.
- D) o maior comprimento inicial.
- E) o maior coeficiente de dilatação linear.
A resposta certa é a letra B) o maior produto do comprimento inicial pelo coeficiente de dilatação linear.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar a questão. Temos duas barras metálicas de comprimentos diferentes em equilíbrio térmico, colocadas em um forno. Após sofrerem a mesma variação de temperatura, queremos saber qual barra sofre a maior dilatação.
A resposta não é a letra A) o maior produto do comprimento inicial pela variação de temperatura, pois a variação de temperatura é a mesma para ambas as barras.
Também não é a letra C) o maior produto do coeficiente de dilatação linear pela variação de temperatura, pois o coeficiente de dilatação linear é uma propriedade intrínseca do material, e não depende do comprimento da barra.
Não é a letra D) o maior comprimento inicial, pois o comprimento inicial não afeta a magnitude da dilatação sofrida pela barra.
E não é a letra E) o maior coeficiente de dilatação linear, pois embora o coeficiente de dilatação linear seja importante para determinar a magnitude da dilatação, não é o fator que determina qual barra sofre a maior dilatação.
A razão pela qual a resposta certa é a letra B) o maior produto do comprimento inicial pelo coeficiente de dilatação linear é que a dilatação sofrida pela barra é proporcional ao produto do comprimento inicial pela variação de temperatura e pelo coeficiente de dilatação linear. Portanto, se uma barra tem um comprimento inicial maior e o mesmo coeficiente de dilatação linear, ela sofrerá uma dilatação maior.
Além disso, é importante notar que a dilatação sofrida pela barra também depende do material do qual ela é feita, pois o coeficiente de dilatação linear varia de material para material.
Portanto, a resposta certa é a letra B) o maior produto do comprimento inicial pelo coeficiente de dilatação linear.
620) Suponha dois blocos, A e B, ambos de zinco (Zn), com massas mA e mB, tais que mA > mB.
Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que
- A) o calor específico de A é maior que o calor específico de B.
- B) a capacidade térmica de A é menor que a capacidade térmica de B.
- C) o corpo A irá liberar menor quantidade de calor que o B, se ambos sofrerem o mesmo abaixamento de temperatura.
- D) a capacidade térmica de A é igual à de B, já que ambos são feitos do mesmo material.
- E) o calor específico de A é igual ao calor específico de B.
Questão: Suponha dois blocos, A e B, ambos de zinco (Zn), com massas mA e mB, tais que mA > mB.
Com base no texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que:
- A) o calor específico de A é maior que o calor específico de B.
- B) a capacidade térmica de A é menor que a capacidade térmica de B.
- C) o corpo A irá liberar menor quantidade de calor que o B, se ambos sofrerem o mesmo abaixamento de temperatura.
- D) a capacidade térmica de A é igual à de B, já que ambos são feitos do mesmo material.
- E) o calor específico de A é igual ao calor específico de B.
A alternativa correta é a letra E) o calor específico de A é igual ao calor específico de B.
Explicação: O calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa de um material em 1°C. Como os blocos A e B são feitos do mesmo material (zinco), eles têm o mesmo calor específico. Isso significa que a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1°C de 1 unidade de massa de A é a mesma necessária para elevar a temperatura de 1°C de 1 unidade de massa de B.
Portanto, a assertiva E) é verdadeira, pois o calor específico de A é igual ao calor específico de B, independentemente das massas mA e mB.