Questões Sobre Termologia - Física - concurso
721) À temperatura de 20,0 ºC, um frasco de vidro é preenchido por mercúrio até a marca de 500 ml. A seguir, o frasco e seu conteúdo são aquecidos até a temperatura de 40,0 ºC. Sabe-se que o coeficiente de expansão linear do vidro é 9,0 × 10–6 ºC–1, e o coeficiente de expansão volumétrica do mercúrio é 182 × 10–6 ºC–1. O volume de mercúrio, em mililitros, que ficará acima da marca é
- A) 1,91
- B) 1,82
- C) 1,73
- D) 1,55
- E) 1,27
Para resolver essa questão, precisamos considerar a expansão do mercúrio e do vidro em função da temperatura.
O volume inicial do mercúrio é de 500 ml, e ele é aquecido de 20,0°C para 40,0°C. Sabemos que o coeficiente de expansão volumétrica do mercúrio é de 182 × 10^(-6) °C^(-1).
Portanto, o volume final do mercúrio será:
Vf = Vi × (1 + β × ΔT)
Onde Vi é o volume inicial, β é o coeficiente de expansão volumétrica e ΔT é a variação de temperatura.
Substituindo os valores, temos:
Vf = 500 ml × (1 + 182 × 10^(-6) × (40,0°C - 20,0°C))
Vf ≈ 501,82 ml
Agora, precisamos considerar a expansão do vidro. Sabemos que o coeficiente de expansão linear do vidro é de 9,0 × 10^(-6) °C^(-1).
Como o frasco é preenchido até a marca de 500 ml, a expansão do vidro fará com que o volume do frasco aumente, reduzindo o volume do mercúrio.
O aumento de volume do frasco é:
ΔV = V × β × ΔT
Onde V é o volume do frasco (500 ml) e β é o coeficiente de expansão linear do vidro.
Substituindo os valores, temos:
ΔV ≈ 500 ml × 9,0 × 10^(-6) × (40,0°C - 20,0°C)
ΔV ≈ 0,45 ml
Portanto, o volume do mercúrio que ficará acima da marca será:
Vf - ΔV ≈ 501,82 ml - 0,45 ml ≈ 501,37 ml
Como a resposta pede o volume em ml, a alternativa correta é:
D) 1,55 ml
Essa é a quantidade de mercúrio que ficará acima da marca de 500 ml após o aquecimento.
722) Em dia de sol forte, observamos que a areia da praia parece sempre estar mais quente do que a água do mar. Para estudar esse fenômeno, 2 amostras de mesma massa, de água e areia, respectivamente, receberam de forma exata a mesma quantidade de calor. Observou-se que a variação da temperatura da amostra de areia foi 5 vezes maior do que a variação da temperatura da amostra de água. Considerando que o calor específico da água é cágua = 1,0 cal/g °C, o calor específico da areia, em cal/g °C, é
- A) 0,2
- B) 0,3
- C) 0,5
- D) 2,0
- E) 5,0
Questão resolvida:
A resposta certa é a letra A) 0,2.
Explicação:
Para resolver essa questão, precisamos entender o conceito de calor específico. O calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de uma substância em 1°C.
No enunciado da questão, temos que as duas amostras, uma de água e outra de areia, recebem a mesma quantidade de calor. No entanto, a variação de temperatura da amostra de areia é 5 vezes maior do que a variação de temperatura da amostra de água.
Isso ocorre porque o calor específico da areia é menor do que o calor específico da água. Como a água tem um calor específico de 1,0 cal/g°C, significa que é necessário 1,0 cal para elevar a temperatura de 1 g de água em 1°C.
Como a variação de temperatura da amostra de areia é 5 vezes maior do que a variação de temperatura da amostra de água, podemos concluir que o calor específico da areia é 5 vezes menor do que o calor específico da água. Portanto, o calor específico da areia é igual a 0,2 cal/g°C.
Essa é a razão pela qual a areia da praia parece estar sempre mais quente do que a água do mar em um dia de sol forte. A areia absorve a mesma quantidade de calor que a água, mas como o calor específico da areia é menor, a temperatura da areia aumenta mais rapidamente.
723) Qual a quantidade, em cal, de calor necessária para que 100 g de gelo, a temperatura de −20 °C, eleve sua temperatura e se transforme em água liquida a 40 °C ?
Dados:
calor específico do gelo é 0,5 cal/g °C, calor específico da água é 1,0 cal/g °C e o Calor Latente de fusão do gelo é Lf = 80 cal/g.
- A) 1.000
- B) 2.000
- C) 5.000
- D) 10.000
- E) 13.000
Para resolver essa questão, precisamos considerar os processos de mudança de estado e de aquecimento do gelo.
Primeiramente, é necessário fornecer calor ao gelo para elevar sua temperatura de -20°C até 0°C, que é o ponto de fusão do gelo. Durante esse processo, o calor é utilizado para aumentar a temperatura do gelo e não para mudar seu estado.
O calor necessário para elevar a temperatura do gelo de -20°C até 0°C pode ser calculado pela fórmula:
Q = mc × ΔT
Onde Q é o calor, m é a massa do gelo (100 g), c é o calor específico do gelo (0,5 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (20°C).
Substituindo os valores, temos:
Q = 100 g × 0,5 cal/g°C × 20°C = 1000 cal
Em seguida, é necessário fornecer calor ao gelo para que ele mude seu estado de sólido para líquido. Isso é conhecido como calor latente de fusão. O calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g.
O calor necessário para fundir 100 g de gelo é:
Q = m × Lf = 100 g × 80 cal/g = 8000 cal
Finalmente, é necessário fornecer calor à água líquida para elevar sua temperatura de 0°C até 40°C. O calor necessário para isso pode ser calculado pela fórmula:
Q = mc × ΔT
Onde Q é o calor, m é a massa da água líquida (100 g), c é o calor específico da água líquida (1,0 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (40°C).
Substituindo os valores, temos:
Q = 100 g × 1,0 cal/g°C × 40°C = 4000 cal
O total de calor necessário para que 100 g de gelo a -20°C se transforme em água líquida a 40°C é a soma dos calores necessários para cada processo:
Q = 1000 cal + 8000 cal + 4000 cal = 13.000 cal
Portanto, a resposta correta é a letra E) 13.000 cal.
Essa resposta é justificada porque considera os processos de mudança de estado e de aquecimento do gelo, bem como os calores específicos e latentes necessários para cada processo.
724) Com relação à radiação eletromagnética, considere as afirmativas abaixo.
I – Radiação eletromagnética é uma onda na qual um campo magnético variável induz um campo elétrico também variável no tempo que, por sua vez, produz um campo magnético variável e assim sucessivamente se propagam as ondas eletromagnéticas.
II – Radiação eletromagnética é uma onda eletromagnética de natureza mecânica que necessita de um meio material condutor para se propagar, uma vez que no vácuo, ou seja, na ausência de matéria, não há propagação.
III – Radiação eletromagnética é uma onda de campos elétricos e magnéticos que oscilam longitudinalmente, ou seja na mesma direção de propagação, possuindo as mesmas características das ondas sonoras, que se propagam no vácuo a uma velocidade de 300 km/h.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
- A) I.
- B) II.
- C) III.
- D) I e II.
- E) II e III.
A resposta correta é a letra A) I. Radiação eletromagnética é uma onda na qual um campo magnético variável induz um campo elétrico também variável no tempo, que, por sua vez, produz um campo magnético variável e assim sucessivamente se propagam as ondas eletromagnéticas.
Essa afirmação é verdadeira porque a radiação eletromagnética é uma onda que se propaga no vácuo, ou seja, na ausência de matéria, e não precisa de um meio material condutor para se propagar. Além disso, a radiação eletromagnética não é uma onda longitudinal, como as ondas sonoras, mas sim uma onda transversal, que oscila perpendicularmente à direção de propagação.
As afirmações II e III são incorretas porque a radiação eletromagnética não precisa de um meio material condutor para se propagar e não é uma onda longitudinal.
Portanto, a alternativa correta é a letra A) I.
725) O enunciado a seguir refere-se à questão.
A cidade do Rio de Janeiro foi escolhida para sediar os jogos olímpicos de 2016. Dentre os esportes que compõem os jogos, a natação sempre se destaca, sendo praticada em piscinas de 50 m de extensão. Há, porém, piscinas de 25 m usadas para treinamento e, às vezes, também em competições.
Considere uma piscina semiolímpica, de 25 m de comprimento por 10 m de largura e 2 m de profundidade, cheia de água a temperatura ambiente de 18 ºC. Deseja-se aquecê-la até 30 ºC, temperatura considerada ideal para a prática da natação. Para evitar dissipação para o ar, a piscina é coberta por uma grande lona isolante durante o aquecimento.
Se o calor específico da água vale 1,0 cal/(g.oC) e a densidade absoluta é de 103 kg/m3, a quantidade de energia que ela absorve para atingir a temperatura ideal, em kcal, é
- A) 6,0.106.
- B) 6,0.109.
- C) 6,0.1012.
- D) 5,0.106.
- E) 5,0.109.
A alternativa correta é letra A) 6,0.106.
Gabarito: LETRA A.
Sabemos que a quantidade de calor Q utilizada para fazer uma massa m de uma substância de calor específico c variar Delta T sua temperatura é dada por:
Q = mc Delta T
Sendo rho e V a densidade e o volume, respectivamente, da substância, temos
Q = rho V c Delta T
Substituindo os valores do enunciado, vem
Q = 10^3 cdot 25 cdot 10 cdot 2 cdot 1000 cdot left( 30 - 18 right)
Q = 6,0 times 10^9 , cal
Q = 6,0 times 10^6 , kcal
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).
726) O enunciado a seguir refere-se à questão.
A cidade do Rio de Janeiro foi escolhida para sediar os jogos olímpicos de 2016. Dentre os esportes que compõem os jogos, a natação sempre se destaca, sendo praticada em piscinas de 50 m de extensão. Há, porém, piscinas de 25 m usadas para treinamento e, às vezes, também em competições.
Considere uma piscina semiolímpica, de 25 m de comprimento por 10 m de largura e 2 m de profundidade, cheia de água a temperatura ambiente de 18 ºC. Deseja-se aquecê-la até 30 ºC, temperatura considerada ideal para a prática da natação. Para evitar dissipação para o ar, a piscina é coberta por uma grande lona isolante durante o aquecimento.
Nesse aquecimento, observa-se que o volume de água aumenta em cerca de 1%. Pode-se concluir que o coeficiente de dilatação volumétrica da água vale, em ºC–1, aproximadamente,
- A) 1,2 . 10–3.
- B) 1,2 . 10–4.
- C) 8,3 . 10–3.
- D) 8,3 . 10–4.
- E) 8,3 . 10–5.
A alternativa correta é letra D) 8,3 . 10–4.
Gabarito: LETRA D.
A dilatação volumétrica de um volume V_0 de uma substância de dilatação volumétrica gamma submetida a uma variação Delta T de temperatura é dada por:
Delta V = V_0 gamma Delta T
Então,
dfrac 1 {100} cancel {V_0} = cancel {V_0} gamma left( 30 - 18 right)
0,01 = 12 gamma
gamma = dfrac { 0,01 }{ 12 }
gamma approx 8,3 times 10^{-4}
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
727) O enunciado a seguir refere-se à questão.
A cidade do Rio de Janeiro foi escolhida para sediar os jogos olímpicos de 2016. Dentre os esportes que compõem os jogos, a natação sempre se destaca, sendo praticada em piscinas de 50 m de extensão. Há, porém, piscinas de 25 m usadas para treinamento e, às vezes, também em competições.
Considere uma piscina semiolímpica, de 25 m de comprimento por 10 m de largura e 2 m de profundidade, cheia de água a temperatura ambiente de 18 ºC. Deseja-se aquecê-la até 30 ºC, temperatura considerada ideal para a prática da natação. Para evitar dissipação para o ar, a piscina é coberta por uma grande lona isolante durante o aquecimento.
As caldeiras que aquecem a água ficam na casa das máquinas, compartimento localizado próximo à piscina. A água circula entre a piscina e as caldeiras por tubulações adequadas. São feitas as afirmações:
I. a água aquecida deve ser lançada para o interior da piscina pelos pontos mais próximos à superfície;
II. no interior das caldeiras, a água é aquecida por irradiação;
III. no interior da piscina, a transferência de calor se dá por convecção.
É correto o que se afirma apenas em
- A) I.
- B) II.
- C) III.
- D) I e II.
- E) II e III.
A alternativa correta é letra C) III.
Gabarito: LETRA C.
I. a água aquecida deve ser lançada para o interior da piscina pelos pontos mais próximos à superfície; INCORRETA.
Quando a água aquecida entra na piscina, ocorre um fenômeno chamado de convecção, que é a transferência de energia térmica através do movimento de um fluido devido à diferença de temperatura. A água mais quente se desloca para a região superior, pois apresenta menor densidade. Assim, para melhor distribuir o calor, a água aquecida deve ser lançada para o interior da piscina pelos pontos mais próximos ao fundo da piscina. Afirmativa incorreta.
II. no interior das caldeiras, a água é aquecida por irradiação; INCORRETA.
No interior das caldeiras, a água é aquecida por condução. A irradiação ocorre entre a chama e os tubos metálicos da caldeira, que, depois de aquecidos, transferem a maior parte da energia térmica através do contato com a água. Afirmativa incorreta.
III. no interior da piscina, a transferência de calor se dá por convecção. CORRETA.
Como vimos na afirmativa I, quando a água aquecida entra na piscina, ocorre um fenômeno chamado de convecção. Afirmativa correta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
728) A questão são baseadas no texto seguinte.
André e Antonio são amigos de infância e passaram os últimos tempos preparando-se para o vestibular. Chegado o dia, eles decidem ir juntos ao local da prova. O meio de transporte será o automóvel de Antonio. Folgados, deixam para sair na última hora.
O dia estava quente e abafado. No interior do carro de Antonio, um termômetro acusava 35 ºC. Se esse termômetro estivesse calibrado na escala Fahrenheit acusaria
- A) 53º.
- B) 86º.
- C) 88º.
- D) 95º.
- E) 102º.
A alternativa correta é letra D) 95º.
Questão um pouco atípica que cobra o conhecimento da fórmula de transformação de Celsius para Fahrenheit:
dfrac{T_C}{5} = dfrac{T_F – 32}{9}
dfrac{35}{5} = dfrac{T_F - 32}{9}
T_F = 95 , °F
Gabarito: LETRA D.
729) A questão são baseadas no texto seguinte.
André e Antonio são amigos de infância e passaram os últimos tempos preparando-se para o vestibular. Chegado o dia, eles decidem ir juntos ao local da prova. O meio de transporte será o automóvel de Antonio. Folgados, deixam para sair na última hora.
O líquido de arrefecimento do motor do carro de Antonio sofre uma variação de temperatura dos 22 ºC no ato da partida até 92 ºC quando a ventoinha passa a funcionar. Observa-se uma dilatação de 10% no volume desse líquido. Desprezando-se a dilatação do radiador e dos tubos de condução do líquido, o coeficiente de dilatação volumétrico do líquido entre as temperaturas citadas vale, em ºC
–1,
- A)
{ Large { 1 over 700}}.
- B)
{ Large { 1 over 350}}.
- C)
{ Large { 1 over 140}}.
- D)
{ Large { 1 over 100}}.
- E)
{ Large { 9 over 700}}.
A alternativa correta é letra A)
{ Large { 1 over 700}}.
Questão de aplicação direta da fórmula de dilatação volumétrica:
Delta V = V_0 times gamma times Delta T
1,1V_0 - 1,0V_0 = V_0 times gamma times Delta T
gamma = dfrac{0,1}{92-22} = dfrac{1}{700}
Gabarito: LETRA A.
730) A questão são baseadas no texto seguinte.
André e Antonio são amigos de infância e passaram os últimos tempos preparando-se para o vestibular. Chegado o dia, eles decidem ir juntos ao local da prova. O meio de transporte será o automóvel de Antonio. Folgados, deixam para sair na última hora.
O carro de Antonio não é conversível, ou seja, sua capota é metálica como o restante da carroceria. A energia térmica que aquece o interior provém do Sol. Estando o veículo com os vidros fechados, as formas de transferência de calor desde o Sol até o interior do veículo ocorrem na seguinte ordem:
- A) irradiação, condução e convecção.
- B) irradiação, convecção e condução.
- C) condução, convecção e irradiação.
- D) condução, irradiação e convecção.
- E) convecção, irradiação e condução.
A alternativa correta é letra A) irradiação, condução e convecção.
As etapas de aquecimento do enunciado são divididas em três:
- Irradiação térmica da luz solar até o carro (lataria)
- Convecção de calor, que é a passagem do calor na superfície metálica até o interior
- Convecção, pelo aquecimento do ar interno do carro fazendo com que ele se movimente (ar mais aquecido sobe acompanhando a lataria, ar frio ocupa a posição inicial do ar quente passando agora a aquecer a si mesmo - e assim sucessivamente).
Gabarito: LETRA A.