Questões Sobre Termologia - Física - concurso
731) 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.
Durante a partida de sinuca, André sente vontade de tomar um cafezinho. Faz o pedido e recebe uma xícara contendo 30 mL de café bem quente a 85 ºC. Sem se importar com a alteração do sabor, ele descarta 10 mL do café e acrescenta 10 mL de água a 5 ºC. Desprezando-se a dissipação do calor para o meio ambiente e considerando-se a capacidade térmica da xícara com o valor 10 cal/ºC, a temperatura do cafezinho que André saboreia é, em ºC, de
Dados: Calor específico da água = calor específico do café líquido = 1,0 cal/(g.ºC); densidade do café líquido = densidade da água = 1,0 g/mL.
- A) 65.
- B) 70.
- C) 75.
- D) 80.
- E) 85.
A alternativa correta é letra A) 65.
Questão de calorimetria que acrescenta a capacidade térmica do recipiente utilizado:
C = dfrac{Q}{Delta T}
Q = Q_{café} + Q_{água} + Q_{xícara}
0 = (m c Delta T)_{cafe} + (m c Delta T)_{agua} + (C Delta T)_{xicara}
0 = 20 times 1 times (T_f - 85) + 10 times 1 (T_f - 5) + 10 times (T_f - 85)
20T_f + 10T_f + 10T_f = 2.600
T_f = 65 , °C
Gabarito: LETRA A.
732) Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada de incandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia. Sabe-se que, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de 1 cal/g ºC e o da areia é 0,2 cal/g ºC. Durante 1 hora, a água e a areia receberam a mesma quantidade de energia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se que a água variou sua temperatura em 8 ºC e a areia em 30 ºC. Podemos afirmar que a água e a areia, durante essa hora, perderam, respectivamente, a quantidade de energia para o meio, em kJ, igual a
- A) 0,4 e 3,0.
- B) 2,4 e 3,6.
- C) 0,4 e 1,2.
- D) 1,2 e 0,4.
- E) 3,6 e 2,4.
A alternativa correta é letra C) 0,4 e 1,2.
Analisando um cenário de 100% de eficiência para a água:
Q_{ag} = m times c times Delta T
Q_{ag} = 100 times 4 times 8 = 3200 , J = 3,20 , KJ
Q_{perdido,ag} = 3,6 - 3,2 = 0,4 , KJ
Para a areia, aplicando diretamente:
Q_{perdido,ar} = 3600 - 100 times 0,8 times 30 = 3600 - 2400 = 1200 , J = 1,2 , KJ
Gabarito: LETRA C.
733) Nos últimos anos temos sido alertados sobre o aquecimento global. Estima-se que, mantendo-se as atuais taxas de aquecimento do planeta, haverá uma elevação do nível do mar causada, inclusive, pela expansão térmica, causando inundação em algumas regiões costeiras. Supondo, hipoteticamente, os oceanos como sistemas fechados e considerando que o coeficiente de dilatação volumétrica da água é aproximadamente 2 × 10^{–4} ºC^{–1} e que a profundidade média dos oceanos é de 4 km, um aquecimento global de 1 ºC elevaria o nível do mar, devido à expansão térmica, em, aproximadamente,
- A) 0,3 m.
- B) 0,5 m.
- C) 0,8 m.
- D) 1,1 m.
- E) 1,7 m.
A alternativa correta é letra C) 0,8 m.
Aplicando diretamente a fórmula de variação volumétrica
Delta V = V_0 times c_p times Delta T
V - V_0 = V_0 times c_p times Delta T
V = V_0 + V_0 times 2 times 10^{-4} times 1
V = 1,0002V_0
Quando um líquido dilata, ele aumenta a sua altura com relação ao "recipiente" ocupado (na prática não conseguimos enxergar o oceano, mas pense em um copo de água, que não teria dilatação lateral e sim para cima.)
A times h = 1,0002 A times h_0
h = 1,0002 times 4 = 4,0008
Aumento, portanto, de 0,0008 , km = 0,8 , m
Gabarito: LETRA C.
734) As pontes de hidrogênio entre moléculas de água são mais fracas que a ligação covalente entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio. No entanto, o número de ligações de hidrogênio é tão grande (bilhões de moléculas em uma única gota de água) que estas exercem grande influência sobre as propriedades da água, como, por exemplo, os altos valores do calor específico, do calor de vaporização e de solidificação da água. Os altos valores do calor específico e do calor de vaporização da água são fundamentais no processo de regulação de temperatura do corpo humano. O corpo humano dissipa energia, sob atividade normal por meio do metabolismo, equivalente a uma lâmpada de 100 W. Se em uma pessoa de massa 60 kg todos os mecanismos de regulação de temperatura parassem de funcionar, haveria um aumento de temperatura de seu corpo. Supondo que todo o corpo é feito de água, em quanto tempo, aproximadamente, essa pessoa teria a temperatura de seu corpo elevada em 5 ºC?
Dado: calor específico da água cong 4,2 × 10^3 J/kg·ºC.
- A) 1,5 h.
- B) 2,0 h.
- C) 3,5 h.
- D) 4,0 h.
- E) 5,5 h.
A alternativa correta é letra C) 3,5 h.
Aplicando diretamente a fórmula de calorimetria:
Q = m times c times Delta T = 60 times 4,2 times 10^3 times 5 = 1.260.000 , J
Levando-se em conta que a potência é de 100 joules por segundo, calculamos o tempo:
Delta T = dfrac{1.260.000}{100} = 12.600 ,s = 3,5 , h
OBS: basta dividir por 3.600 os segundos para chegar as horas.
Gabarito: LETRA C.
735) A utilização do termômetro, para a avaliação da temperatura de um determinado corpo, é possível porque, após algum tempo de contato entre eles, ambos adquirem a mesma temperatura. Neste caso, é válido dizer que eles atingem a (o)
- A) equilíbrio térmico.
- B) ponto de condensação.
- C) coeficiente de dilatação máximo.
- D) mesma capacidade térmica.
- E) mesmo calor específico.
A alternativa correta é a letra A) equilíbrio térmico.
Isso ocorre porque, quando um termômetro é posto em contato com um corpo, eles trocam calor até que ambos atinjam a mesma temperatura. Nesse momento, dizemos que eles estão em equilíbrio térmico. Isso significa que não há mais fluxo de calor entre o termômetro e o corpo, pois ambos estão na mesma temperatura.
Para entender melhor, vamos rever o conceito de equilíbrio térmico. Quando dois corpos estão em contato térmico, o calor flui do corpo de temperatura mais alta para o corpo de temperatura mais baixa. Isso ocorre porque as moléculas do corpo de temperatura mais alta têm mais energia cinética e, portanto, são capazes de transferir essa energia para as moléculas do corpo de temperatura mais baixa. Quando a temperatura dos dois corpos se iguala, o fluxo de calor cessa, e dizemos que eles estão em equilíbrio térmico.
O equilíbrio térmico é um conceito fundamental em termologia, pois é o princípio básico que permite a medição de temperatura com precisão. Sem o equilíbrio térmico, não seria possível medir a temperatura de um corpo com confiança.
Portanto, a resposta certa é a letra A) equilíbrio térmico, pois é o estado em que o termômetro e o corpo alcançam a mesma temperatura após um período de contato.
736) Para elevar a temperatura de 200 g de uma certa substância, de calor específico igual a 0,6 cal/g°C, de 20°C para 50°C, será necessário fornecer-lhe uma quantidade de energia igual a:
- A) 120 cal
- B) 600 cal
- C) 900 cal
- D) 1800 cal
- E) 3600 cal
A alternativa correta é letra E) 3600 cal
Pessoal, aplicação direta da relação
Q = m c Delta T
Reparem que no caso acima não precisamos realizar transformação alguma.
Q = 200 times 0,6 times (50 - 20) = 3.600 , cal
Gabarito: LETRA E.
737) Um inventor sugeriu a construção de uma central térmica, visando a aproveitar a diferença de temperatura existente entre a água situada próxima à superfície do oceano e a água situada em profundidades mais elevadas, onde as temperaturas são bastante baixas. Essa central irá absorver o calor da água quente próxima à superfície e rejeitar calor da água fria a algumas centenas de metros de profundidade. Sabendo-se que as temperaturas envolvidas nas duas regiões mencionadas valem, respectivamente, 25 °C e 5 °C, o rendimento térmico máximo dessa central, em %, será, aproximadamente,
- A) 5,0
- B) 6,7
- C) 20,0
- D) 80,0
- E) 93,3
The correct answer is B) 6.7. To understand why, let's dive into the concept of thermoelectric power plants.
The inventor's idea is to harness the temperature difference between the warm water near the ocean's surface and the cold water at greater depths. This temperature difference can be used to generate electricity. The plant would absorb heat from the warm water and reject heat to the cold water, creating a thermodynamic cycle.
The efficiency of a thermoelectric power plant is limited by the Carnot cycle, which is the maximum possible efficiency of a heat engine. The Carnot efficiency is given by the formula:
$$eta = 1 - frac{T_c}{T_h}$$where $eta$ is the efficiency, $T_c$ is the temperature of the cold reservoir (in Kelvin), and $T_h$ is the temperature of the hot reservoir (in Kelvin).
In our case, the hot reservoir is the warm water near the ocean's surface, with a temperature of 25°C (298 K), and the cold reservoir is the cold water at greater depths, with a temperature of 5°C (278 K). Plugging these values into the formula, we get:
$$eta = 1 - frac{278}{298} = 0.067$$Therefore, the maximum thermoelectric efficiency of the plant is approximately 6.7%, which corresponds to answer B) 6.7.
It's worth noting that this is an idealized calculation, and the actual efficiency of the plant would be lower due to various losses and imperfections. However, this calculation gives us an estimate of the maximum possible efficiency of the plant.
738) Água a 21 °C escoa sobre uma placa lisa, aquecida a 83 °C. Considerando que o coeficiente de transferência de calor é de 200 W/(m2. °C) e que 1 W = 1 J/s, a transferência de calor da placa, em MJ/m2, durante 1 hora, é dada por
- A) 0,80
- B) 44,6
- C) 62,6
- D) 124,0
- E) 208,0
A agora, vamos resolver essa questão de física sobre o assunto "Termologia".
A transferência de calor da placa, em MJ/m², durante 1 hora, é dada por:
q = h * A * (T2 - T1) * t
Onde:
- q: quantidade de calor transferida (em J)
- h: coeficiente de transferência de calor (em W/m²°C)
- A: área da placa (em m²)
- T2: temperatura da placa (em °C)
- T1: temperatura do líquido (em °C)
- t: tempo (em s)
Convertendo 1 hora para segundos, temos:
t = 1 hora = 3600 s
Substituindo os valores dados na questão, temos:
q = 200 W/m²°C * A * (83°C - 21°C) * 3600 s
Simplificando e convertendo para MJ/m², obtemos:
q ≈ 44,6 MJ/m²
Portanto, a alternativa correta é a letra B) 44,6.
A explicação para essa resposta é que, ao utilizar a fórmula de transferência de calor, podemos calcular a quantidade de calor transferida da placa para o líquido em função do coeficiente de transferência de calor, da área da placa, da diferença de temperatura entre a placa e o líquido e do tempo. Ao substituir os valores dados na questão, obtemos a resposta correta.
739) Dentre os gráficos abaixo, qual melhor representa a relação entre as escalas Celsius e Farenheit?
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
Resposta
A resposta correta é a letra A.
Explicação
A questão pede que escolhamos o gráfico que melhor representa a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit. Para responder a essa pergunta, vamos analisar como essas escalas se relacionam.
A escala Celsius é uma escala de temperatura que tem como ponto de referência a temperatura de fusão do gelo (0°C) e a temperatura de ebulição da água (100°C). Já a escala Fahrenheit é uma escala de temperatura que tem como ponto de referência a temperatura de fusão do gelo (32°F) e a temperatura de ebulição da água (212°F).
Quando comparamos as duas escalas, podemos notar que a escala Fahrenheit tem uma faixa de temperatura maior que a escala Celsius. Além disso, a escala Fahrenheit tem uma variação de temperatura mais gradual que a escala Celsius.
Agora, vamos analisar os gráficos propostos. O gráfico A é o único que apresenta uma relação linear entre as escalas Celsius e Fahrenheit, o que é correto. Os outros gráficos apresentam relações não lineares ou não apresentam uma correlação clara entre as escalas.
Portanto, a resposta correta é a letra A, que apresenta o gráfico que melhor representa a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit.
740) Sabe-se que o calor que uma pessoa recebe quando está próxima de um corpo aquecido chega até ela por convecção, condução ou radiação. Considere as afirmativas sobre esses métodos de transferência de calor.
I – Todos os corpos aquecidos emitem radiações térmicas que, ao serem absorvidas por outro corpo, provocam nele uma elevação da temperatura.
II – O calor do sol chega até a Terra por meio de condução térmica.
III – A transferência de calor nos sólidos pode ser feita por convecção.
Está(ão) correta(s)
- A) apenas I.
- B) apenas II.
- C) apenas III.
- D) apenas I e II
- E) apenas II e III.
Resposta: A) apenas I
Afirmativa I é verdadeira, pois todos os corpos aquecidos emitem radiação térmica, que, ao serem absorvidas por outro corpo, provocam nele uma elevação da temperatura. Isso ocorre porque a radiação térmica é uma forma de transferência de calor que não requer contato direto entre os corpos.
Já as afirmativas II e III são falsas. A afirmativa II é falsa porque o calor do sol não chega à Terra por meio de condução térmica. O calor do sol é transferido para a Terra principalmente por meio de radiação térmica.
A afirmativa III é falsa porque a convecção é uma forma de transferência de calor que ocorre em fluidos (líquidos ou gases), e não em sólidos. Nos sólidos, a transferência de calor ocorre principalmente por meio de condução térmica.
Portanto, a alternativa correta é A) apenas I.