Questões Sobre Termologia - Física - concurso

Hey there! Let's dive into the world of thermodynamics and explore why horizontal freezers don't need doors, while vertical ones do. The correct answer is option A) the cold, denser air that settles on top of the horizontal freezer isolates the food from external heat.

In horizontal freezers, the cold air is denser and heavier than warm air. As a result, it settles at the bottom of the freezer, creating a layer of cold air that prevents warm air from entering the freezer. This natural convection process ensures that the cold air remains close to the frozen food, keeping it at a stable temperature. Since the cold air is in contact with the food, it absorbs heat from the food, maintaining a consistent refrigeration temperature.

On the other hand, vertical freezers have a different airflow pattern. The cold air is not as dense and tends to rise, allowing warm air to enter the freezer more easily. Without a door, the warm air would constantly enter the freezer, causing the temperature to fluctuate and affecting the quality of the frozen food. That's why vertical freezers need doors to maintain a consistent temperature and prevent warm air from entering the freezer.

In summary, the correct answer is option A) because the cold, denser air that settles on top of the horizontal freezer isolates the food from external heat, making it unnecessary to have a door. This natural convection process ensures that the cold air remains close to the frozen food, maintaining a consistent refrigeration temperature.

Para resolver essa questão, precisamos aplicar a fórmula de Fourier para a condutividade térmica. A condutividade térmica é uma medida da capacidade de um material em conduzir calor. Nesse caso, temos uma chapa isolante com uma condutividade térmica de 0,03 W/m°C e uma espessura de 3 cm. Além disso, temos uma parede com uma espessura de 10 cm e uma taxa de transferência de calor de 250 W/m².

Agora, vamos aplicar a fórmula de Fourier para encontrar a condutividade térmica da parede. A fórmula de Fourier é dada por:

$$Q = k times A times frac{Delta T}{L}$$

Onde:

• Q é a taxa de transferência de calor (W)
• k é a condutividade térmica do material (W/m°C)
• A é a área da superfície (m²)
• ΔT é a diferença de temperatura entre as superfícies (°C)
• L é a espessura do material (m)

No nosso caso, temos:

$$250 W/m² = k times 1 m² times frac{525°C - 25°C}{0,1 m}$$

Resolvendo para k, encontramos:

$$k = frac{250 W/m² times 0,1 m}{500°C} = 0,1 W/m°C$$

Portanto, a alternativa correta é B) 0,1 W/m°C.

Essa resposta faz sentido, pois a condutividade térmica da parede é maior do que a da chapa isolante, o que é esperado, pois a parede é mais grossa e tem uma taxa de transferência de calor maior.

Resposta: A alternativa correta é A) I, apenas.

Explicação:

O problema se refere à condução de calor em regime permanente ao longo da direção radial em um cilindro maciço de raio "a", no qual a condutividade térmica é constante e a temperatura de superfície é conhecida. Além disso, supõe-se que existe uma geração volumétrica uniforme de calor atuando no interior do cilindro.

A afirmativa I é verdadeira, pois a distribuição de temperatura é função do quadrado da posição radial. Isso ocorre porque a equação de condução de calor em regime permanente é dada por:

$$frac{1}{r} frac{d}{dr} left(r frac{dT}{dr}right) = -frac{Q}{k}$$

onde $Q$ é a geração de calor por unidade de volume e $k$ é a condutividade térmica. Ao resolver essa equação, obtemos que a temperatura é proporcional ao quadrado da posição radial.

Já as afirmativas II e III são falsas. A temperatura máxima não se encontra na posição $r = a/2$, pois a equação acima não tem um ponto de máximo nessa posição. Além disso, a distribuição de temperatura não é diretamente proporcional à condutividade térmica.

Resposta: B) 120°C

Para encontrar a temperatura T₇, precisamos analisar o fluxograma e entender como o calor é transferido entre as correntes.

Observamos que a Corrente 1 é resfriada e seu calor é aproveitado para aquecer as Correntes 2 e 3, em paralelo. Isso significa que a temperatura da Corrente 1 é menor que a temperatura da Corrente 2 e da Corrente 3.

Além disso, a Corrente 7 é aquecida pela Corrente 3, o que implica que a temperatura da Corrente 7 é maior que a temperatura da Corrente 3.

Como a temperatura da Corrente 3 é de 100°C, podemos concluir que a temperatura da Corrente 7 é maior que 100°C.

A única opção que satisfaz essa condição é a opção B) 120°C.

Explicação: A questão pede para encontrar a temperatura T₇ da Corrente 7, que é aquecida pela Corrente 3. Como a temperatura da Corrente 3 é de 100°C, a temperatura da Corrente 7 deve ser maior que 100°C. A opção B) 120°C é a única que atende a essa condição.

RESPOSTA: A alternativa correta é D) 2,7 x 10⁴.

EXPLICACÃO: Para resolver esse problema, precisamos aplicar a fórmula de condução de calor, que é dada por:

Q = k * A * (ΔT) / d

Onde:

• k é a condutibilidade térmica do material;
• A é a área total da roupa;
• ΔT é a diferença de temperatura entre a temperatura corporal e a temperatura ambiente;
• d é a espessura do material.

No problema, temos:

• k = 6,0 x 10^-5 cal.s^-1.cm^-1.°C^-1;
• A = 2,7 m²;
• ΔT = 37°C - (-13°C) = 50°C;
• d = 9 mm = 0,9 cm.

Substituindo esses valores na fórmula, obtemos:

Q = 6,0 x 10^-5 cal.s^-1.cm^-1.°C^-1 * 2,7 m² * 50°C / 0,9 cm

Q = 2,7 x 10⁴ calorias

Portanto, a quantidade de calor conduzida através do tecido durante 5 minutos é de 2,7 x 10⁴ calorias.

Resposta:

A alternativa correta é E: 25°C e 7,5 g.

Explicação:

Para resolver esse problema, precisamos considerar a transferência de calor entre o gelo e o vapor d'água. Como o sistema está em regime estacionário, a temperatura em qualquer ponto da barra de aço é constante. Além disso, como não há perdas de calor lateralmente, a condução de calor ocorre apenas ao longo da barra.

Considere um ponto na seção transversal da barra, situado a 10 cm do gelo. A temperatura nesse ponto é igual à temperatura do gelo, que é de 0°C. A partir desse ponto, a temperatura aumenta à medida que se aproxima do vapor d'água, que está a 100°C.

A condutibilidade térmica do aço é de 0,1 cal/s.cm°C. Isso significa que a taxa de transferência de calor entre o gelo e o vapor d'água é diretamente proporcional à condutibilidade térmica do aço e à diferença de temperatura entre os dois extremos da barra.

Como o regime é estacionário, a taxa de transferência de calor é constante ao longo da barra. Isso significa que a temperatura em qualquer ponto da barra é diretamente proporcional à distância do gelo.

Portanto, a temperatura em um ponto situado a 10 cm do gelo é igual a:

$$T = frac{100°C times 10 cm}{40 cm} = 25°C$$

Para encontrar a massa de gelo que se funde, precisamos considerar a quantidade de calor necessária para fundir o gelo. A calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.

A taxa de transferência de calor é igual à condutibilidade térmica do aço vezes a área da seção transversal da barra vezes a diferença de temperatura entre os dois extremos da barra.

$$Q = K times A times Delta T = 0,1 cal/s.cm°C times 10 cm² times (100°C - 0°C) = 100 cal/s$$

Como o regime é estacionário, a taxa de transferência de calor é constante ao longo da barra. Isso significa que a quantidade de calor necessária para fundir o gelo é diretamente proporcional ao tempo.

Portanto, a massa de gelo que se funde em 40 minutos é igual a:

$$m = frac{Q times t}{L_f} = frac{100 cal/s times 2400 s}{80 cal/g} = 7,5 g$$

Portanto, a alternativa correta é E: 25°C e 7,5 g.

A resposta certa é a letra E) 107. Para entender por quê, vamos analisar o gráfico que relaciona a escala arbitrária A com a escala Celsius C. No gráfico, podemos ver que a temperatura de ebulição da água sob pressão normal é de 100°C.

Como a temperatura de ebulição da água é de 100°C, precisamos encontrar o valor correspondente na escala A. Verificando o gráfico, podemos ver que o valor de 100°C coincide com o valor de 107 na escala A.

Portanto, a temperatura referente à ebulição da água, sob pressão normal, na escala A é de 107. Esta é a resposta certa.

É importante notar que a temperatura de ebulição da água é uma constante física e não depende da escala utilizada para medir a temperatura. A escala Celsius é uma escala de temperatura que define 0°C como o ponto de congelamento da água e 100°C como o ponto de ebulição da água. Já a escala A é uma escala arbitrária que não tem uma definição clara para esses pontos de referência.

O gráfico nos permite relacionar as temperaturas medidas na escala A com as temperaturas medidas na escala Celsius. Nesse caso, podemos ver que a temperatura de ebulição da água é de 107 na escala A, o que coincide com o valor de 100°C na escala Celsius.

Resposta: C) 200

Vamos calcular o tempo necessário para que o bloco de gelo atinja a temperatura de 60°C.

Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para que o gelo derreta completamente e atinja a temperatura de 0°C. Para isso, usamos a fórmula:

Q = mL

Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo (400g) e L é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g).

Substituindo os valores, obtemos:

Q = 400g * 80 cal/g = 32000 cal

Agora, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para que a água atinja a temperatura de 60°C. Para isso, usamos a fórmula:

Q = mcΔT

Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água (400g), c é o calor específico da água (1,0 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (60°C - 0°C = 60°C).

Substituindo os valores, obtemos:

Q = 400g * 1,0 cal/g°C * 60°C = 24000 cal

Agora, precisamos somar as duas quantidades de calor calculadas anteriormente para obter a quantidade total de calor necessária:

Q_total = 32000 cal + 24000 cal = 56000 cal

Finalmente, podemos calcular o tempo necessário para que a fonte térmica transfira essa quantidade de calor ao bloco de gelo. Para isso, usamos a fórmula:

t = Q / P

Onde t é o tempo, Q é a quantidade de calor total (56000 cal) e P é a potência nominal da fonte térmica (305 cal/s).

Substituindo os valores, obtemos:

t = 56000 cal / 305 cal/s ≈ 200 s

Portanto, o tempo necessário para que o bloco de gelo atinja a temperatura de 60°C é de aproximadamente 200 segundos.

Para resolver essa questão, devemos utilizar os conceitos de dilatação térmica de líquidos e de sólidos. Vamos começar calculando a variação de volume da glicerina quando a temperatura aumenta de 0°C para 80°C.

Como o coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina é de 49 × 10⁻⁵ °C⁻¹, podemos calcular a variação de volume da glicerina como:

ΔV = V₀ × β × ΔT

Onde ΔV é a variação de volume, V₀ é o volume inicial (375 ml), β é o coeficiente de dilatação volumétrica e ΔT é a variação de temperatura (80°C - 0°C = 80°C).

Substituindo os valores, obtemos:

ΔV = 375 ml × 49 × 10⁻⁵ °C⁻¹ × 80°C = 15,18 ml

Portanto, o volume da glicerina aumenta em 15,18 ml quando a temperatura aumenta de 0°C para 80°C.

Agora, vamos calcular a altura da coluna de glicerina no interior do tubo. Como o diâmetro interno do tubo é de 7,0 mm, podemos calcular a área da seção transversal do tubo como:

A = π × (diâmetro/2)² = π × (7,0 mm/2)² = 0,03827 cm²

Como a variação de volume da glicerina é de 15,18 ml e a área da seção transversal do tubo é de 0,03827 cm², podemos calcular a altura da coluna de glicerina como:

h = ΔV / A = 15,18 ml / 0,03827 cm² = 9,63 cm

Portanto, a altura da coluna de glicerina no interior do tubo é de aproximadamente 9,63 cm.

Como a resposta mais próxima entre as opções é de 9,0 cm a 10,0 cm, a alternativa correta é a letra E.

Resposta: B) 250 mL

Para encontrar a quantidade de café necessária para obter 1 litro de café com leite a 30°C, vamos utilizar a fórmula de mistura de calor.

Seja m₁ a massa de café a 90°C, m₂ a massa de leite a 10°C e m₃ a massa da mistura final a 30°C.

Como a densidade do café e do leite são as mesmas, temos que m₁ = m₂ = m₃ = 1 kg (considerando 1 litro de cada líquido).

O calor específico do café e do leite também é o mesmo. Seja c o calor específico.

A variação de temperatura do café é ΔT₁ = 90°C - 30°C = 60°C.

A variação de temperatura do leite é ΔT₂ = 30°C - 10°C = 20°C.

A energia térmica transferida do café para o leite é igual à energia térmica recebida pelo leite.

m₁ * c * ΔT₁ = m₂ * c * ΔT₂

Substituindo os valores, temos:

1 kg * c * 60°C = 1 kg * c * 20°C

Dividindo ambos os lados pela constante c, obtemos:

60°C = 20°C

Isso significa que a razão entre as massas de café e leite é 1:3.

Como a capacidade dos recipientes é de 1 litro, temos que a quantidade de café necessária é 250 mL.

Explicação: A alternativa correta é B) 250 mL porque, ao misturar o café e o leite, a razão entre as massas de ambos deve ser 1:3 para que a temperatura final seja 30°C. Isso significa que 250 mL de café são necessários para obter 1 litro de café com leite a 30°C.