Questões Sobre Termologia - Física - concurso
681) Um aquecedor elétrico com potência nominal de 1.000W é usado para fornecer calor e derreter uma barra de gelo mantida a uma temperatura igual a 0ºC. Sabendo-se que o aquecedor permaneceu ligado durante um intervalo de tempo de 10 minutos e que o calor latente de fusão do gelo vale 334kJ/kg, o valor aproximado da massa de gelo derretido e convertido em água líquida será:
- A) 0,7kg
- B) 1,4kg
- C) 1,8kg
- D) 2,0kg
- E) 2,6kg
Resposta: C) 1,8 kg
Para encontrar a massa de gelo derretido, precisamos calcular a quantidade de calor fornecida pelo aquecedor elétrico e, em seguida, relacioná-la ao calor latente de fusão do gelo.
Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor fornecida pelo aquecedor elétrico. Sabemos que a potência nominal do aquecedor é de 1000 W e que ele permaneceu ligado por 10 minutos. Portanto, a quantidade de calor fornecida é igual à potência multiplicada pelo tempo:
$$Q = P times t = 1000 text{ W} times 10 text{ min} = 1000 text{ J/s} times 600 text{ s} = 600000 text{ J}$$
Agora, podemos relacionar a quantidade de calor fornecida ao calor latente de fusão do gelo. Sabemos que o calor latente de fusão do gelo é de 334 kJ/kg. Portanto, podemos calcular a massa de gelo derretido da seguinte maneira:
$$m = frac{Q}{L_f} = frac{600000 text{ J}}{334000 text{ J/kg}} = 1,8 text{ kg}$$
Portanto, a resposta correta é C) 1,8 kg.
682) Em condições normais de temperatura e pressão o elemento hélio é um gás, mas em altas pressões e em baixas temperaturas o isótopo hélio-4 torna-se líquido. O hélio líquido é um importante elemento criogênico empregado em inúmeras aplicações onde são requeridas temperaturas muito baixas. O nitrogênio líquido é outro elemento criogênico de grande aplicabilidade em laboratórios de supercondutividade, em sistemas de detecção como fotodetectores especiais e fotomultiplicadoras e mais recentemente como elementos de refrigeração em computadores. As temperaturas do hélio líquido e do nitrogênio líquido são respectivamente:
- A) -77ºC e -86ºC
- B) -4ºC e -96ºC
- C) -269ºC e -196ºC
- D) -196ºC e -77ºC
- E) -4ºC e -196ºC
Resposta: A) -269°C e -196°C
Para entender porque a alternativa correta é a letra C, é importante compreender as propriedades termodinâmicas dos elementos criogênicos em questão, nomeadamente o hélio e o nitrogênio.
O hélio é um gás nobre que se torna líquido em condições de alta pressão e baixa temperatura. Já o nitrogênio líquido é outro elemento criogênico de grande aplicabilidade em laboratórios de supercondutividade, sistemas de detecção, como fotodetectores especiais e fotomultiplicadoras, e mais recentemente como elementos de refrigeração em computadores.
No que diz respeito às temperaturas dos elementos criogênicos em questão, é importante notar que o hélio líquido tem uma temperatura de -269°C, enquanto o nitrogênio líquido tem uma temperatura de -196°C.
Portanto, a alternativa correta é a letra C, que apresenta as temperaturas de -269°C e -196°C respectivamente.
É importante notar que as temperaturas mencionadas são fundamentais para o funcionamento de sistemas que requerem temperaturas muito baixas, como a supercondutividade e a refrigeração de componentes eletrônicos.
Além disso, é fundamental compreender as propriedades termodinâmicas dos elementos criogênicos para entender como eles se comportam em diferentes condições de pressão e temperatura.
Em resumo, a alternativa correta é a letra C, que apresenta as temperaturas de -269°C e -196°C respectivamente, que são fundamentais para o funcionamento de sistemas que requerem temperaturas muito baixas.
683) Em nosso dia-a-dia, estamos acostumados a ter sensações de quente ou de frio, ao encostarmos em alguns objetos. São sensações térmicas, relacionadas à transferência de energia entre os dois corpos.
A esse respeito assinale a afirmativa
INCORRETA:
- A) Materiais que quando interpostos entre dois corpos retardam o equilíbrio térmico dos mesmos são chamados de isolantes térmicos.
- B) O piso cerâmico nos dá a sensação de ser mais frio que o tapete porque o primeiro troca calor mais rapidamente que o segundo.
- C) Conceitua-se temperatura como a energia transferida entre dois corpos, ou partes de um mesmo corpo, até que a energia entre os dois se iguale.
- D) O gelo e o vidro são considerados bons isolantes térmicos por não serem bons condutores de calor.
A alternativa correta é letra C) Conceitua-se temperatura como a energia transferida entre dois corpos, ou partes de um mesmo corpo, até que a energia entre os dois se iguale.
Analisemos cada uma das assertivas:
a) Materiais que quando interpostos entre dois corpos retardam o equilíbrio térmico dos mesmos são chamados de isolantes térmicos. Correto. Essa é exatamente a característica de materiais isolantes.
b) O piso cerâmico nos dá a sensação de ser mais frio que o tapete porque o primeiro troca calor mais rapidamente que o segundo. Correto. O tapete funciona não é um bom condutor de calor. Por isso, não temos aquela sensação de frio ao tocá-lo. Por outro lado, o piso cerâmico transmite uma sensação maior de frio porque ele troca calor maior rápido com o ambiente.
c) Conceitua-se temperatura como a energia transferida entre dois corpos, ou partes de um mesmo corpo, até que a energia entre os dois se iguale. Errada a assertiva. Temperatura, por definição, é uma grandeza física que mede o estado de agitação das moléculas de uma substância.
d) O gelo e o vidro são considerados bons isolantes térmicos por não serem bons condutores de calor. Correto. Por mais contraditório que parece, o gelo é um bom isolante térmico, tanto é verdade que muitas vezes vemos em filmes o gelo sendo utilizado como abrigo de proteção contra o tempo. O mesmo se pode dizer do vidro. Por exemplo, esse material é muito usado em garrafas térmicas.
Gabarito: Letra C.
684) Uma fonte de radiação para uso como padrão de laboratório aproxima-se do comportamento de um corpo negro. Quando sua superfície ativa opera sob uma temperatura de 5000 K, e considerando a constante da Lei de Deslocamento de Wien como 2,90.10 6 K.nm, o comprimento de onda de máxima energia λmax será:
- A) 580 nm
- B) 1,72.10 -3 nm
- C) 580 μm
- D) 1,72.10 -3 μm
A alternativa correta é letra A) 580 nm
Pela lei de deslocamento de Wien, temo que Tcdot lambda_{máx} = constante. Então, para uma temperatura de 5000 K teremos:
5000cdot lambda_{máx} = 2,90cdot10^6, K.nm
lambda_{máx} = frac{2,90cdot10^6}{5cdot10^3}
boxed{lambda_{máx} = 580, nm}
Analisando todas as alternativas, nosso gabarito é a letra A.
Gabarito: Letra A.
685) As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o CO2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de com – bustíveis fósseis queimados, principalmente no trans – porte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal fenômeno ocorre porque esses materiais absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica. Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de energia elétrica
- A) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas.
- B) aumente devido ao bloqueio da luz do sol pelos gases do efeito estufa.
- C) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias.
- D) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências.
- E) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada.
A alternativa correta é letra D) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências.
Devido ao aumento da temperatura nas regiões das "ilhas de calor", é esperado o aumento no consumo de energia elétrica, pois há um aumento da demanda de energia por meio dos sistemas de refrigeração para a climatização de ambientes tanto das residências quanto para as indústrias.
A alternativa (B) está incorreta, pois a luz do sol não é bloqueada pelos gases do efeito estufa. O bloqueio ocorre para o calor (radiação infravermelha) que é refletido de volta para superfície, causando o aumento da temperatura.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
686) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100 °C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência:
• Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa.
• Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosa – mente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida.
• Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo.
Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento
- A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa.
- B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa.
- C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água.
- D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água.
- E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição.
A alternativa correta é letra D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água.
A temperatura necessária para ebulição da água depende da pressão externa à qual está submetida. No nível do mar, a temperatura de ebulição da água é de 100°C. Quando a pressão externa diminui, que ocorre quando o garoto ergue o êmbolo da seringa tampada, a temperatura necessária para ebulição da água também diminui, fazendo com que a água volte a ferver.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
687) Dois aquecedores elétricos, 1 e 2, são feitos com fios idênticos (diâmetros iguais e de mesmo material) enrolados sobre bases de cerâmicas idênticas.
A resistência do aquecedor 1 tem o dobro de voltas que a resistência do aquecedor 2.
Supondo que os dois aquecedores, ligados corretamente à mesma ddp, conseguem aquecer a mesma quantidade de água até entrar em ebulição, conclui-se, corretamente, que:
- A) O tempo gasto pelo aquecedor 1 é menor que o gasto pelo aquecedor 2.
- B) O tempo gasto pelo aquecedor 1 é maior que o gasto pelo aquecedor 2.
- C) O aquecedor 1 consegue elevar a temperatura de ebulição da água a um valor mais alto do que o aquecedor 2.
- D) A potência elétrica do aquecedor depende somente da tensão aplicada.
Resposta: B) O tempo gasto pelo aquecedor 1 é maior que o gasto pelo aquecedor 2.
Para entender a razão pela qual a alternativa B é a correta, é necessário analisar as informações fornecidas no enunciado da questão. Os dois aquecedores, 1 e 2, são feitos com fios idênticos (diâmetros iguais e de mesmo material) enrolados sobre bases de cerâmicas idênticas. Além disso, a resistência do aquecedor 1 tem o dobro de voltas que a resistência do aquecedor 2.
Essas informações são fundamentais para entender como os aquecedores funcionam. A resistência de um aquecedor elétrico é diretamente proporcional ao quadrado do número de voltas do fio. Portanto, como o aquecedor 1 tem o dobro de voltas que o aquecedor 2, sua resistência é quatro vezes maior que a do aquecedor 2.
Isso significa que, para uma dada tensão aplicada, a corrente elétrica que passa pelo aquecedor 2 é maior que a corrente que passa pelo aquecedor 1. Como a potência elétrica é igual ao produto da tensão pela corrente, a potência do aquecedor 2 é maior que a do aquecedor 1.
Como os dois aquecedores conseguem aquecer a mesma quantidade de água até entrar em ebulição, significa que o aquecedor 2 consegue transferir mais calor para a água do que o aquecedor 1. No entanto, como a potência do aquecedor 2 é maior, ele consegue fazer isso em um tempo menor.
Portanto, o tempo gasto pelo aquecedor 1 é maior que o gasto pelo aquecedor 2. Essa é a razão pela qual a alternativa B é a correta.
688) O processo de vaporização é a passagem de uma substância da fase líquida para a fase gasosa, e, de acordo com a maneira que ocorre, existem três tipos de vaporização:
- A) Evaporação, ebulição e calefação.
- B) Sublimação, ebulição e evaporação.
- C) Condensação, sublimação e ebulição.
- D) Convecção, sublimação e evaporação.
The correct answer is A) Evaporation, boiling, and caloric vaporization.
To explain this answer, let's dive into the world of thermodynamics and understand the different types of vaporization.
Vaporization is the process of transforming a substance from its liquid phase to its gaseous phase. There are three main types of vaporization: evaporation, boiling, and sublimation.
Evaporation is the process of transforming a liquid into a gas at a temperature below its boiling point. This occurs when the molecules of the liquid gain enough energy to break free from the surface tension of the liquid and turn into vapor.
Boiling, on the other hand, is the process of transforming a liquid into a gas at its boiling point. This occurs when the molecules of the liquid gain enough energy to break free from the surface tension of the liquid and turn into vapor.
Caloric vaporization, also known as caloric evaporation, is a process where a liquid is heated and transformed into a gas. This process involves the absorption of heat energy, which increases the kinetic energy of the molecules, causing them to break free from the surface tension of the liquid and turn into vapor.
Now, let's analyze the other options:
Option B) Sublimation, boiling, and evaporation is incorrect because sublimation is the process of transforming a solid directly into a gas, without going through the liquid phase.
Option C) Condensation, sublimation, and boiling is incorrect because condensation is the process of transforming a gas into a liquid, which is the opposite of vaporization.
Option D) Convection, sublimation, and evaporation is incorrect because convection is the process of transferring heat energy through the movement of fluids, which is not related to vaporization.
Therefore, the correct answer is A) Evaporation, boiling, and caloric vaporization, as these three processes are all types of vaporization.
689) Uma barra de aço, na temperatura de 59 ºF, apresenta 10,0 m de comprimento. Quando a temperatura da barra atingir 212 ºF, o comprimento final desta será de …….. m. Adote:
Coeficiente de dilatação linear térmica do aço: 1,2.10^{-5} ºC-1.
- A) 10,0102
- B) 10,102
- C) 11,024
- D) 11,112
Resposta: A) 10,0102
Para resolver essa questão, precisamos utilizar a fórmula de expansão térmica linear, que é dada por:
ΔL = α * L₀ * ΔT
Onde:
- ΔL é a variação de comprimento;
- α é o coeficiente de expansão térmica linear;
- L₀ é o comprimento inicial;
- ΔT é a variação de temperatura.
No problema, sabemos que o comprimento inicial da barra de aço é de 10,0 m, e que a temperatura inicial é de 59°F. Além disso, sabemos que o coeficiente de expansão térmica linear do aço é de 1,2 × 10⁻⁵ °C⁻¹.
Queremos encontrar o comprimento final da barra quando a temperatura atinge 212°F. Para isso, precisamos converter as temperaturas de Fahrenheit para Celsius:
59°F = 15°C (temperatura inicial)
212°F = 100°C (temperatura final)
Agora, podemos calcular a variação de temperatura:
ΔT = 100°C - 15°C = 85°C
Agora, podemos utilizar a fórmula de expansão térmica linear:
ΔL = α * L₀ * ΔT
ΔL = 1,2 × 10⁻⁵ °C⁻¹ * 10,0 m * 85°C
ΔL ≈ 0,0102 m
Portanto, o comprimento final da barra é:
L = L₀ + ΔL = 10,0 m + 0,0102 m ≈ 10,0102 m
Logo, a alternativa correta é A) 10,0102.
690) Os satélites artificiais, em geral, utilizam a energia solar para recarregar suas baterias. Porém, a energia solar também produz aquecimento no satélite.
Assinale a alternativa que completa corretamente a frase: “Considerando um satélite em órbita, acima da atmosfera, o Sol aquece este satélite por meio do processo de transmissão de calor chamado de ______________.”
- A) condução
- B) irradiação
- C) convecção
- D) evaporação
Considerando um satélite em órbita, acima da atmosfera, o Sol aquece este satélite por meio do processo de transmissão de calor chamado de radiação.
A resposta certa é a letra B) irradiação, pois o Sol emite radiação eletromagnética, incluindo luz e calor, que são transmitidos pelo espaço até o satélite. Esta radiação é responsável pelo aquecimento do satélite.
É importante notar que a condução de calor não ocorre no vácuo do espaço, pois não há meio material para transmitir o calor. Já a convecção de calor também não é possível, pois não há fluido em movimento no espaço para transmitir o calor. A evaporação de calor também não é um processo relevante nesse contexto.
A radiação, por outro lado, é um processo de transmissão de energia que não requer um meio material e pode ocorrer no vácuo do espaço. É por isso que o Sol pode aquecer o satélite mesmo estando a uma grande distância.
Portanto, a resposta certa é a letra B) irradiação, pois é o processo de transmissão de calor que ocorre entre o Sol e o satélite.