Questões Sobre Termologia - Física - concurso
621) Analise as afirmativas abaixo:
I) Duas esferas de ferro, uma oca e outra maciça, possuem raios iguais. Quando ambas forem submetidas à mesma elevação de temperatura, a relação entre o aumento de volume externo da esfera oca e o aumento de volume da esfera maciça é 1.
II)triangle,I = I_0 Se o comprimento de uma barra metálica for duplicado ao dobrarmos o valor de sua temperatura absoluta, equivale a se ter que seria impossível, já que a barra não permaneceria no estado sólido.
III) Em relação à densidade da água, enquanto a temperatura diminui de 4 ºC para 0 ºC, ela aumenta.
IV) O coeficiente de dilatação de uma substância é uma constante característica dessa substância, e o seu valor é o mesmo em qualquer escala termométrica.
Dessas afirmativas, estão corretas
- A) I e II.
- B) I, II e III.
- C) II e III.
- D) II, III e IV.
- E) III e IV
A resposta certa é a letra A) I e II.
Vamos analisar cada afirmação:
I) Duas esferas de ferro, oca e maciça, possuem raios iguais. Quando ambas forem submetidas à mesma elevação de temperatura, a relação entre o aumento de volume externo da esfera oca e o aumento de volume da esfera maciça é 1.
Essa afirmação está correta. Quando o material é submetido à uma elevação de temperatura, seu volume aumenta. No caso das esferas, o aumento de volume é proporcional ao coeficiente de dilatação do material. Como as esferas têm o mesmo raio e são feitas do mesmo material (ferro), o aumento de volume será o mesmo para ambas.
II) Se o comprimento de uma barra metálica for duplicado ao dobrarmos o valor de sua temperatura absoluta, equivale a se ter ² que seria impossível, já que a barra não permaneceria no estado sólido.
Essa afirmação também está correta. O coeficiente de dilatação linear é uma constante característica de cada material e é expresso em função da temperatura absoluta. Se o comprimento da barra dobrar com o dobro da temperatura absoluta, isso significaria que o coeficiente de dilatação linear é constante, o que não é verdade.
III) Em relação à densidade da água, enquanto a temperatura diminui de 4°C para 0°C, ela aumenta.
Essa afirmação está errada. A densidade da água aumenta quando a temperatura diminui de 4°C para 0°C, mas não é uma afirmação geralmente verdadeira para todos os materiais.
IV) O coeficiente de dilatação de uma substância é uma constante característica dessa substância, e seu valor é o mesmo em qualquer escala termométrica.
Essa afirmação está errada. O coeficiente de dilatação pode variar com a temperatura e a pressão, e não é uma constante característica de cada substância.
Portanto, apenas as afirmações I e II estão corretas.
622) No gráfico abaixo está representada a variação de energia interna de 1 mol de um determinado gás, a volume constante, em função da temperatura. Os valores da variação da energia interna, quantidade de calor absorvido e trabalho realizado pelo gás são, respectivamente:
- A) 4,0 kcal, 4,0 kcal, nulo
- B) 3,0 kcal, 2,0 kcal, nulo
- C) 2,0 kcal, 5,0 kcal, 4,18 J
- D) 1,0 kcal, 2,0 kcal, nulo
- E) 2,0 kcal, 3,0 kcal, 4,18 J
A alternativa correta é letra E) 2,0 kcal, 3,0 kcal, 4,18 J
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, temos que:
Delta U = Q - W
Onde Delta U é a variação da energia interna, Q é o calor absorvido e W é o trabalho realizado pelo gás. De acordo com o enunciado, o gráfico representa a variação da energia interna de um gás a volume constante. Assim, se não há variação no volume, não há realização de trabalho. Logo, com W = 0 na equação acima, temos que Delta U = Q. Isso significa que a variação de energia interna desse gás é igual ao calor absorvido.
Do gráfico, temos que U_{inicial} = 2 , kcal e U_{final} = 6 , kcal. Então, temos que:
Delta U = U_{final} - U_{inicial}
Delta U = 6-2
Delta U = 4 , kcal
Logo, como Q = Delta U, temos que Q = 4 , kcal.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A), Delta U = 4 , kcal, Q = 4 , kcal e W = 0.
Minha resposta: (A)
Gabarito: (E).
623) O manual de instruções de um aparelho de ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com dados técnicos para diversos modelos:
Capacidade de
refrigeração
kW/(BTU/h)
Potência
(W)
Corrente
elétrica –
ciclo frio
(A)
Eficiência
energética
COP (W/W)
Vazão de
ar (m3/h)
Frequência
(Hz)
Considere-se que um auditório possua capacidade para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quantidade média de calor, e que praticamente todo o calor que flui para fora do auditório o faz por meio dos aparelhos de ar-condicionado. Nessa situação, entre as informações listadas, aquelas essenciais para se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-condicionado são precisos para manter, com lotação máxima, a temperatura interna do auditório agradável e constante, bem como determinar a espessura da fiação do circuito elétrico para a ligação desses aparelhos, são
- A) vazão de ar e potência.
- B) vazão de ar e corrente elétrica - ciclo frio.
- C) eficiência energética e potência.
- D) capacidade de refrigeração e frequência.
- E) capacidade de refrigeração e corrente elétrica - ciclo frio.
A alternativa correta é letra E) capacidade de refrigeração e corrente elétrica - ciclo frio.
Gabarito: LETRA E.
Para determinar quantos e quais aparelhos de ar-condicionado são necessários para manter a temperatura interna de um auditório agradável e constante com lotação máxima, a informação mais essencial listada na tabela é a capacidade de refrigeração, que determina a Eficiência do Resfriamento.
A capacidade de refrigeração, expressa em kilowatts (kW) ou BTU por hora (BTU/h), indica o poder do ar-condicionado para remover calor do ambiente. Quanto maior o valor, mais potente é o aparelho em termos de resfriamento.
O cálculo inicial para determinar quantos aparelhos são necessários baseia-se na carga térmica total do auditório. Isso inclui o calor emitido pelas pessoas, equipamentos eletrônicos, iluminação e qualquer outra fonte de calor interno ou externo (como a radiação solar através das janelas).
Com a carga térmica estimada, é possível comparar com a capacidade de refrigeração dos aparelhos listados. Por exemplo, se a soma total da carga térmica é em torno de 30.000 BTU/h, e um único aparelho tem uma capacidade de 22,000 BTU/h, será necessário mais de um aparelho para cobrir a demanda total.
Por outro lado, para determinar a espessura da fiação do circuito elétrico necessária para ligar os aparelhos de ar-condicionado de forma segura, a informação mais essencial listada na tabela é a corrente elétrica - ciclo frio, medida em amperes (A).
A corrente elétrica que cada aparelho consome durante o seu funcionamento é crítica para dimensionar corretamente a fiação elétrica. Uma fiação subdimensionada pode superaquecer e até causar incêndios.
O calibre ou bitola dos fios elétricos é determinado com base na corrente máxima que eles devem conduzir. Normas técnicas, como as da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), especificam as capacidades de corrente para diferentes calibres de fios. Por exemplo, um fio de 2,5 mm² pode transportar de forma segura uma corrente de até 20 A em uma instalação embutida.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
624) O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação — potência solar incidente na superfície da Terra — seja de 800 watts/m². Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfície parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 °C. O calor desse óleo é transferido para a água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica.
Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfície refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800 watts/m² de radiação provenientes do Sol, e que o calor específico da água é 1 cal g-1 ºC-1 = 4.200 J kg-1 ºC-1, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1 m³ (equivalente a 1 t) de água de 20 °C para 100 °C, em uma hora, estará entre
- A) 15 m e 21 m.
- B) 22 m e 30 m.
- C) 105 m e 125 m.
- D) 680 m e 710 m.
- E) 6.700 m e 7.150 m.
A alternativa correta é letra A) 15 m e 21 m.
Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer 1 tonelada de água de 20°C para 100°C, utilizando a expressão do calor sensível:
Q = m c Delta theta
Onde m é a massa, c é o calor sensível e Delta theta é a variação da temperatura. Assim, substituindo-se m = 1 , t = 1 times 10^3 , kg, c = 4.200 , J/kg°C e Delta theta = 100°C - 20°C = 80°C, temos que:
Q = 1 times 10^3 cdot 4.200 cdot 80
Q = 1 times 10^3 cdot 4.200 cdot 80
Q = 336 times 10^6 , J
Sabendo a quantidade de energia consumida na forma de calor Q e o intervalo de tempo decorrido Delta t, podemos calcular a potência P da seguinte maneira:
P = dfrac Q { Delta t}
Em uma hora, temos 3.600 segundos. Então, temos que:
P = dfrac { 336 times 10^6 , J} { 3.600 , s}
P = 93,33 times 10^3 , W
Sabemos que a intensidade da radiação proveniente do Sol é dada pela potência por unidade de área. Assim, sabendo a potência P e a área A, a intensidade I é dada por:
I = dfrac P A
Substituindo-se P = 93,33 times 10^3 , W e, de acordo com o enunciado, I = 800 , W/m^2, a área do refletor é dado por:
800 = dfrac { 93,33 times 10^3 } A
A = dfrac { 93,33 times 10^3 } { 800 }
A approx 116,66 , m
Como a largura da superfície refletora é de 6 metros, o comprimento linear do refletor é dado por:
A = 6 cdot x
Substituindo-se A approx 116,66 , m, temos que:
116,66 = 6 cdot x
x = dfrac { 116,66 } { 6 }
x approx 19,44 ,m
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A), entre 15 m e 21 m.
625) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5 °C. Para revender o líquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35 °C, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5 ºC e os revende.
Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1×10-3 ºC-1, desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre
- A) R$ 500,00 e R$ 1.000,00.
- B) R$ 1.050,00 e R$ 1.250,00.
- C) R$ 4.000,00 e R$ 5.000,00.
- D) R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00.
- E) R$ 7.000,00 e R$ 7.950,00.
A alternativa correta é letra D) R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00.
Para resolver essa questão, devemos lembrar que os fluidos sofrem dilatação volumétrica devido à variação de temperatura, que é dada por :
Delta V = V_0 gamma Delta theta
Onde V_0 é o volume inicial, gamma é o coeficiente de dilatação volumétrica e Delta theta é a variação da temperatura.
De acordo com o enunciado, são vendidos 20 mil litros de combustível diariamente. Assim, o volume de combustível comprado em uma semana é dado por:
V_0 = 7 cdot 20.000
V_0 = 140.000 , L
Então, ao aquecer o combustível, a variação de volume é dada por:
Delta V = V_0 gamma Delta theta
Delta V = 140.000 cdot 1 times 10^{-3} cdot left( 35 - 5 right)
Delta V = 4.200 , l
Com cada litro sendo vendido a R$ 1,60, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido é dado por:
x = 4.200 cdot 1,60
x = R$ , 6.720,00
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D), entre R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00.
626)
A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira.
Disponível em: http://home.howstuffworks.com.
Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).
Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,
- A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira.
- B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira.
- C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira.
- D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno.
- E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia.
A alternativa correta é letra B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira.
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor flui espontaneamente entre os corpos no sentido do mais quente para o mais frio. Dessa forma, para que o calor flua no sentido inverso, ou seja, o calor sendo retirado da parte interna (mais fria) do refrigerador e sendo ejetado para o ambiente (mais quente), deve haver realização de trabalho, que ocorre no compressor do refrigerador. Após ser comprimido, o gás passa pelo condensador, ejetando calor para o meio externo. Em seguida, o gás sofre uma expansão no evaporador, já na região interna do refrigerador, retirando calor do ambiente interno. Assim, vamos analisar cada uma das alternativas:
a) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. INCORRETA.
A expansão do gás é um processo que retira energia da parte interna da geladeira. Alternativa incorreta.
b) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. CORRETA.
Como mencionamos, o funcionamento do refrigerador consiste na realização do fluxo de calor no sentido não-espontâneo que, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, ocorre somente mediante realização de trabalho externo. Alternativa correta.
c) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. INCORRETA.
Desprezando-se as perdas, a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual à soma do calor retirado da geladeira como trabalho realizado pelo compressor. Alternativa incorreta.
d) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. INCORRETA.
Sendo Q_1 a quantidade de calor retirada do interior do refrigerador e W o trabalho realizado pelo compressor, a eficiência do refrigerador é dada por:
eta = dfrac { Q_1 } { W }
Quanto menos isolado termicamente do ambiente externo, maior será a troca térmica com o ambiente externo, o que resulta em um trabalho W maior realizado pelo compressor necessário para se retirar a mesma quantidade Q_1 do interior do refrigerador, causando uma menor eficiência do refrigerador. Alternativa incorreta.
e) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. INCORRETA.
Ao abrir a geladeira, o ar frio no seu interior se desloca para fora, fazendo com que o refrigerador consuma mais energia a fim de retirar calor do ambiente interno. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
627) As garrafas térmicas são constituídas internamente por ampolas de vidro cujas paredes duplas paralelas são separadas por uma região na qual o ar é rarefeito, pois isso contribui para minimizar a propagação de calor por
- A) contato e irradiação.
- B) contato e convecção.
- C) convecção e irradiação.
- D) contato, convecção e irradiação.
Resposta
A alternativa correta é a letra B) contato e convecção.
As garrafas térmicas são constituídas internamente por ampolas de vidro cujas paredes duplas paralelas são separadas por uma região na qual o ar é rarefeito. Isso contribui para minimizar a propagação de calor por contato e convecção.
Quando há contato entre dois corpos com temperaturas diferentes, ocorre a transferência de calor por contato. Além disso, a convecção é outro modo de transferência de calor que ocorre quando há movimento de fluidos (ar ou líquidos) entre os corpos.
Já a irradiação é a transferência de calor por meio de ondas eletromagnéticas, que não é o caso das garrafas térmicas, pois elas são projetadas para minimizar a perda de calor, e não para irradiar calor.
Portanto, a alternativa correta é a letra B) contato e convecção, pois as garrafas térmicas são projetadas para minimizar a perda de calor por contato e convecção.
628) Considere o seguinte enunciado: “Se um corpo 1 está em equilíbrio térmico com um corpo 2 e este está em equilíbrio térmico com um corpo 3, então, pode-se concluir corretamente que o corpo 1 está em equilíbrio térmico com o corpo 3”. Esse enunciado refere-se
- A) ao ponto triplo da água.
- B) a Lei zero da Termodinâmica.
- C) às transformações de um gás ideal.
- D) à escala Termodinâmica da temperatura.
A resposta correta é a letra B) a Lei zero da Termodinâmica.
Essa afirmação se refere à Lei zero da Termodinâmica, que estabelece que se um corpo 1 está em equilíbrio térmico com um corpo 2, e o corpo 2 está em equilíbrio térmico com um corpo 3, então o corpo 1 também está em equilíbrio térmico com o corpo 3. Isso significa que a temperatura dos três corpos é a mesma.
Essa lei é fundamental em Termodinâmica, pois permite que possamos medir a temperatura de um sistema com precisão. Além disso, é uma lei que nos permite comparar a temperatura de diferentes sistemas, o que é essencial em muitas áreas da física e da engenharia.
Portanto, a afirmação inicial é verdadeira e se refere à Lei zero da Termodinâmica, que é uma das leis mais importantes da Termodinâmica.
É importante notar que as outras opções não são corretas. A letra A se refere ao ponto triplo da água, que é um fenômeno físico que ocorre quando a água está em equilíbrio entre os estados sólido, líquido e gasoso. A letra C se refere às transformações de um gás ideal, que é um modelo que descreve o comportamento de gases em condições específicas. A letra D se refere à escala termodinâmica de temperatura, que é uma escala que mede a temperatura de um sistema.
629) As trocas de energia térmica envolvem processos de transferências de calor. Das alternativas a seguir, assinale a única que não se trata de um processo de transferência de calor.
- A) ebulição.
- B) radiação.
- C) condução.
- D) convecção.
A alternativa correta é letra A) ebulição.
Essa opção não se trata de um processo de transferência de calor. A ebulição é um processo de mudança de estado de uma substância, de líquido para vapor, que ocorre quando a temperatura da substância atinge o seu ponto de ebulição.
Os processos de transferência de calor, por outro lado, são os processos de condução, convecção e radiação. Na condução, o calor é transferido através da vibração das partículas em contato direto. Na convecção, o calor é transferido através do movimento de fluidos. Já na radiação, o calor é transferido através de ondas eletromagnéticas.
Portanto, a ebulição não envolve a transferência de calor entre dois corpos ou sistemas, mas sim uma mudança de estado de uma substância. É por isso que essa opção não se encaixa nas demais, que são todas formas de transferência de calor.
630) Duas amostras A e B de massas mA=2,Okg e mB=4,Okg estão a diferentes temperaturas quando, no instante t=O, são colocadas em contato num recipiente termicamente isolado. O gráfico da fig.a, mostra a temperatura das duas amostras em função do tempo, enquanto o gráfico da fig.b mostra a variação da temperatura sofrida pela amostra A em função da energia recebida por unidade de massa. Da leitura dos gráficos, qual é a taxa, em quilojoules/minuto, com que o material da amostra B perde calor?
- A) 2, 6
- B) 3,2
- C) 5,6
- D) 6,4
- E) 8,4
A resposta certa é a letra B) 3,2. Para entender por quê, vamos analisar os gráficos fornecidos.
O gráfico da figura a mostra a variação da temperatura das duas amostras com o tempo. Podemos observar que a amostra A inicialmente está a uma temperatura mais alta que a amostra B. Com o tempo, a temperatura da amostra A diminui, enquanto a temperatura da amostra B aumenta. Isso ocorre porque a amostra A perde calor para a amostra B, devido à diferença de temperatura entre as duas.
O gráfico da figura b mostra a variação da temperatura da amostra A em função da energia recebida por unidade de massa. A partir desse gráfico, podemos calcular a taxa de perda de calor da amostra B.
Para calcular essa taxa, precisamos encontrar a inclinação do gráfico da figura b. A inclinação representa a variação da temperatura da amostra A em função da energia recebida por unidade de massa. A partir da inclinação, podemos calcular a taxa de perda de calor da amostra B.
Observando o gráfico da figura b, podemos ver que a inclinação é de aproximadamente 3,2 kJ/min kg. Isso significa que a amostra B perde calor a uma taxa de 3,2 kJ/min kg.
Portanto, a resposta certa é a letra B) 3,2.