Questões Sobre Termologia - Física - concurso
741) Observe a figura a seguir.
Duas placas de concreto de comprimento 1,0m devem ser construídas entre duas barras de aço invar (aço de coeficiente de dilação desprezível). Qual é a folga mínima, em centímetros, entre as placas para não haver rachaduras quando a temperatura variar positivamente de 40°C?
Dado: coef. de dilatação linear do concreto = 12 x 10-6 0C-1
- A) 0,18
- B) 0,16
- C) 0,14
- D) 0,12
- E) 0,10
A alternativa correta é letra E) 0,10
Gabarito: LETRA E.
Sabemos que a variação no comprimento (Delta L) de um material devido à variação de temperatura (Delta T) é dada por:
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear e L_0 é o comprimento inicial.
Seja d a distância entre as duas placas de concreto. No limite para que não haja rachaduras quando a variação da temperatura for Delta T = 40, °C, teremos a seguinte situação:
Assim, temos:
d = 2 Delta L
Logo,
d = 2 alpha cdot L_0 cdot Delta T
Substituindo os valores, temos:
d = 2 cdot 12 times 10^{-6} cancel {°C^{-1}}cdot 1,0 , mcdot 40 cancel {°C}
d = 9,6 times 10^{-4} , m
d = 0,096 , cm
Dentre as alternativas, a folga mínima, em centímetros, é 0,10 cm.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
742) Em relação aos conceitos de calor e de temperatura, é correto afirmar que
- A) o calor é energia em trânsito e a temperatura é a medida do calor.
- B) a temperatura e o calor são medidas da agitação molecular.
- C) o calor é a variação da temperatura, e a temperatura é o grau da agitação molecular.
- D) a temperatura é a variação do calor, e o calor é a energia em trânsito.
- E) o calor é energia em trânsito e a temperatura é a medida da agitação molecular
A alternativa correta é letra E) o calor é energia em trânsito e a temperatura é a medida da agitação molecular
Vamos verificar afirmativa por afirmativa.
a) o calor é energia em trânsito e a temperatura é a medida do calor.
ERRADA. A primeira parte está correta: calor realmente é energia em trânsito. Entretanto, temperatura mede temperatura (graus) e não calor (joules).
b) a temperatura e o calor são medidas da agitação molecular.
ERRADA. A temperatura realmente mede o grau de agitação das moléculas. Já o calor, mede energia em fluxo.
c) o calor é a variação da temperatura, e a temperatura é o grau da agitação molecular.
ERRADA. Conforme explicações anteriores.
d) a temperatura é a variação do calor, e o calor é a energia em trânsito.
ERRADA. Apenas a segunda parte está correta, conforme comentários anterior.
e) o calor é energia em trânsito e a temperatura é a medida da agitação molecular
CORRETA. Finalmente. Como dito, o calor é a energia em fluxo e a temperatura mede o grau de agitação molecular.
Gabarito: LETRA E.
743) A escala de temperatura Fahreinheit é graduada de tal forma que o ponto fixo de fusão do gelo corresponde a 32 ºF e o de ebulição da água, 212 ºF. Nessa escala, a quanto corresponde, em Fahreinheit, a temperatura de 30 ºC ?
- A) 40
- B) 60
- C) 86
- D) 90
- E) 800
A resposta certa é a letra C) 86
Para encontrar a temperatura em Fahrenheit correspondente a 30°C, precisamos conhecer a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit. Sabemos que a escala Fahrenheit é graduada de forma que o ponto de fusão do gelo é 32°F e o de ebulição da água é 212°F.
Para converter uma temperatura de Celsius para Fahrenheit, podemos utilizar a fórmula:
$$F = frac{9}{5}C + 32$$
Onde $F$ é a temperatura em Fahrenheit e $C$ é a temperatura em Celsius.
Substituindo $C = 30$, encontramos:
$$F = frac{9}{5}(30) + 32 = 86$$
Portanto, a temperatura de 30°C corresponde a 86°F.
744) Em um edifício, uma viga horizontal de comprimento 100 m tem uma junta de dilatação que permite uma dilatação térmica de, no máximo, 10 cm. Sendo o coeficiente de dilatação térmica linear do material = 2,0 x 10−5 (°C)−1 , qual é a máxima variação de temperatura, em ºC, possível?
- A) 20
- B) 30
- C) 40
- D) 50
- E) 70
A resposta certa é a letra D) 50. Para explicar essa resposta, vamos analisar o problema passo a passo.
A viga horizontal tem 100 m de comprimento e uma junta de dilatação que permite uma dilatação térmica máxima de 10 cm. Isso significa que, ao se submeter a uma variação de temperatura, a viga pode se expandir ou se contrair no máximo 10 cm.
O coeficiente de dilatação térmica linear do material é de 2,0 x 10-5 (°C)-1. Isso significa que, para cada grau Celsius de variação de temperatura, a viga se expande ou se contrai 2,0 x 10-5 vezes o seu comprimento inicial.
Para encontrar a máxima variação de temperatura possível, podemos rearranjar a fórmula do coeficiente de dilatação térmica linear para encontrar a variação de temperatura em função da dilatação:
$$Delta T = frac{Delta L}{alpha L_0}$$
Substituindo os valores dados, temos:
$$Delta T = frac{0,1}{2,0 times 10^{-5} times 100} = 50°C$$
Portanto, a máxima variação de temperatura possível é de 50°C, que é a alternativa D).
745) Uma amostra de gelo de massa m = 200 g a temperatura de – 20 ºC absorve uma quantidade de calor que faz elevar a sua temperatura até – 5 ºC. Considerando que o calor específico do gelo é 0,5 cal/g ºC, qual é a quantidade de calor, em cal, fornecida ao gelo?
- A) 1,5
- B) 15
- C) 150
- D) 1.500
- E) 15.000
Resposta
A alternativa correta é a letra D) 1.500.
Para encontrar a resposta, vamos utilizar a fórmula de calor específico:
Q = m × c × ΔT
onde:
- Q é a quantidade de calor fornecida ao gelo;
- m é a massa do gelo, igual a 200 g;
- c é o calor específico do gelo, igual a 0,5 cal/g°C;
- ΔT é a variação de temperatura, igual a 15°C (de -20°C até -5°C).
Substituindo os valores, temos:
Q = 200 g × 0,5 cal/g°C × 15°C
Q = 1.500 cal
Portanto, a quantidade de calor fornecida ao gelo é igual a 1.500 cal.
746) Um calorímetro ideal termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível contém 180 g de água a 25 ºC. Para medir o calor específico de um material, colocamos no seu interior 100 g de uma amostra desse material a temperatura de 75 ºC. Após um certo tempo, o sistema atinge temperatura final de equilíbrio 30 ºC. Qual é o calor específico, em cal/g ºC, do material da amostra? Considere que o calor específico da água é ca = 1,0 cal/g ºC.
- A) 0,2
- B) 0,5
- C) 1,0
- D) 2,0
- E) 20,0
A resposta correta é a letra A) 0,2
Para resolver essa questão, precisamos aplicar a fórmula de calorimetria, que é Q = m × c × ΔT, onde Q é o calor transferido, m é a massa do material, c é o calor específico do material e ΔT é a variação de temperatura.
No problema, temos dois sistemas: o calorímetro ideal e a amostra do material. O calorímetro ideal contém 180 g de água a 25°C, e a amostra do material tem 100 g a 75°C. Após um certo tempo, o sistema atinge temperatura final de equilíbrio de 30°C.
Para resolver o problema, precisamos calcular a variação de temperatura da água (ΔTágua) e a variação de temperatura do material (ΔTmaterial).
Para a água, temos:
ΔTágua = Tf - Ti = 30°C - 25°C = 5°C
Já para o material, temos:
ΔTmaterial = Tf - Ti = 30°C - 75°C = -45°C
Agora, podemos aplicar a fórmula de calorimetria para a água e para o material:
Qágua = mágua × cágua × ΔTágua = 180 g × 1,0 cal/g°C × 5°C = 900 cal
Já para o material, temos:
Qmaterial = mmaterial × cmaterial × ΔTmaterial = 100 g × cmaterial × (-45°C)
Como o sistema é isolado, o calor transferido pela água é igual ao calor recebido pelo material. Portanto:
Qágua = -Qmaterial
Substituindo os valores, temos:
900 cal = -100 g × cmaterial × (-45°C)
cmaterial = 900 cal / (100 g × 45°C) = 0,2 cal/g°C
Portanto, o calor específico do material é de 0,2 cal/g°C.
747) Considerando-se que o calor específico da água é cágua = 1,0 cal/g ºC e calor latente de fusão do gelo é Lf = 80 cal/g, qual a quantidade de calor necessária, em cal, para converter 300g de gelo a 0 ºC em água líquida a 10 ºC?
- A) 27.000
- B) 20.000
- C) 18.000
- D) 2.700
- E) 1.000
Resposta:
Aalternativa correta é A) 27.000 cal.
Explicação:
Para resolver este problema, precisamos considerar as duas etapas envolvidas no processo: a fusão do gelo e o aquecimento da água líquida.
Primeiramente, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para fundir 300g de gelo. Para isso, usamos a fórmula:
Q = m × Lf
Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa do gelo (300g) e Lf é o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g).
Substituindo os valores, obtemos:
Q = 300g × 80 cal/g = 24.000 cal
Em seguida, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para aquecer 300g de água líquida de 0°C para 10°C. Para isso, usamos a fórmula:
Q = m × c × ΔT
Onde Q é a quantidade de calor, m é a massa da água (300g), c é o calor específico da água (1,0 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura (10°C).
Substituindo os valores, obtemos:
Q = 300g × 1,0 cal/g°C × 10°C = 3.000 cal
Portanto, a quantidade total de calor necessária é a soma das quantidades de calor calculadas nas duas etapas:
Qtotal = 24.000 cal + 3.000 cal = 27.000 cal
Logo, a alternativa correta é A) 27.000 cal.
748) Para esquentar a água em um fogão utilizamos duas panelas, uma de alumínio e a outra de amianto, ambas contendo a mesma quantidade de água. Considerando que a condutividade térmica do alumínio é maior do que a do amianto, em qual das duas panelas a água entrará primeiro em ebulição ?
- A) Na de amianto, porque a condutividade térmica é mais baixa e, portanto, esquentará mais rápido.
- B) Na de alumínio, porque a condutividade térmica é mais alta e, portanto, sendo o fluxo do calor maior a água esquentará mais rapidamente.
- C) Nas duas panelas, simultaneamente, independente da condutividade térmica.
- D) Não há como prever o que vai acontecer.
- E) Há uma probabilidade maior de a água entrar primeiro em ebulição na panela de amianto, mas pode acontecer também de a água esquentar mais rápido na panela de alumínio, se repetirmos várias vezes o experimento.
A resposta certa é a letra B) Na de alumínio, porque a condutividade térmica é mais alta e, portanto, sendo o fluxo do calor maior, a água esquentar mais rapidamente.
Vamos entender melhor o que está acontecendo aqui. Quando você coloca água em duas panelas, uma de alumínio e outra de amianto, ambas com a mesma quantidade de água, você pode pensar que a água vai esquentar igualmente em ambas as panelas. Mas não é isso que acontece. A condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir calor. No caso do alumínio, essa condutividade é mais alta do que no amianto.
Isso significa que o alumínio é mais eficiente em conduzir o calor da chama do fogão para a água. Como resultado, a água na panela de alumínio vai esquentar mais rapidamente do que na panela de amianto. É como se o alumínio fosse um "corredor de calor" mais rápido e eficiente, fazendo com que a água atinja o ponto de ebulição mais rapidamente.
Já na panela de amianto, a condutividade térmica é mais baixa, o que significa que o calor da chama do fogão demora mais para ser conduzido para a água. Isso faz com que a água leve mais tempo para esquentar e atingir o ponto de ebulição.
Portanto, se você quiser que a água atinja o ponto de ebulição mais rapidamente, é melhor usar a panela de alumínio. E é exatamente isso que a resposta certa está dizendo: a água vai esquentar mais rapidamente na panela de alumínio porque a condutividade térmica do alumínio é mais alta.
749) Em um dia típico de verão do Rio de Janeiro, a temperatura ambiente externa é 40 ºC e dentro de um escritório com ar-condicionado, em torno de 20 ºC. Qual é o fluxo de calor que se propaga, em Watts, através do vidro de uma janela desse escritório? Considere que a área do vidro é A = 3,0 m2 e a espessura L = 1,0 cm e sua condutividade térmica é dada por kvidro = 8,4 x 10−1 (W/ m oC).
- A) 50.400
- B) 5.040
- C) 504
- D) 54
- E) 0,54
Para resolver essa questão, precisamos aplicar a fórmula de condução de calor. A fórmula é dada por:
$$Phi = k cdot A cdot frac{Delta T}{L}$$Onde:
- $Phi$ é o fluxo de calor;
- $k$ é a condutividade térmica do vidro;
- $A$ é a área do vidro;
- $Delta T$ é a diferença de temperatura entre o ambiente externo e interno;
- $L$ é a espessura do vidro.
Substituindo os valores dados na fórmula, temos:
$$Phi = 8,4 times 10^{-1} frac{W}{m cdot °C} cdot 3,0 m^2 cdot frac{40°C - 20°C}{0,01 m}$$Resolvendo a equação, obtemos:
$$Phi = 50,400 W$$Portanto, a alternativa correta é a letra A) 50,400.
Essa resposta faz sentido, pois a temperatura ambiente externa é maior que a temperatura interna, então o fluxo de calor se propaga do ambiente externo para o interno, e o valor encontrado é razoável considerando as condutividades térmicas dos materiais.
750) Considere uma escala de temperatura denominada Escala Brasil. Nessa escala, são adotados dois pontos fixos: a fusão do gelo a 20 °B (0 °C na escala Celsius) e o ponto de ebulição da água a 220 °B e que na escala Celsius corresponde a 100 °C.
A que valor corresponderia, na Escala Brasil, uma temperatura de 50 °C?
- A) 60
- B) 80
- C) 100
- D) 120
- E) 220
Resposta
A alternativa correta é a letra D) 120.
Explicação
Para encontrar a temperatura correspondente na Escala Brasil, devemos primeiro encontrar a razão de proporcionalidade entre as escalas Celsius e Brasil.
Se o ponto de fusão do gelo é 20°C (ou 0°C na escala Celsius) e 0°C na Escala Brasil, e o ponto de ebulição da água é 100°C (ou 100°C na escala Celsius) e 220°C na Escala Brasil, podemos estabelecer as seguintes equações:
$$frac{x}{20} = frac{220}{100}$$Onde x é a razão de proporcionalidade entre as escalas.
Resolvendo a equação, encontramos:
$$x = 44$$Portanto, a razão de proporcionalidade entre as escalas é 44.
Agora, para encontrar a temperatura correspondente na Escala Brasil para 50°C, podemos multiplicar 50 por 44 e dividir por 100:
$$T_B = frac{50 times 44}{100} = 120°C$$Portanto, a alternativa correta é a letra D) 120.