Questões Sobre Termologia - Física - concurso
821) Conforme a figura, um circuito elétrico dispõe de uma fonte de tensão de 100 V e de dois resistores, cada qual de 0,50 Ω . Um resistor encontra-se imerso no recipiente contendo 2,0 kg de água com temperatura inicial de 20ºC, calor específico 4,18 kJ/kg·ºC e calor latente de vaporização 2230 kJ/kg. Com a chave S fechada, a corrente elétrica do circuito faz com que o resistor imerso dissipe calor, que é integralmente absorvido pela água. Durante o processo, o sistema é isolado termicamente e a temperatura da água permanece sempre homogênea. Mantido o resistor imerso durante todo o processo, o tempo necessário para vaporizar 1,0 kg de água é
- A) ( ) 67,0 s.
- B) ( ) 223 s.
- C) ( ) 256 s.
- D) ( ) 446 s.
- E) ( ) 580 s.
A alternativa correta é letra E) ( ) 580 s.
Ao fechar a chave, a corrente que percorre o circuito é dada por:
i = dfrac { U } { R_{eq} }
Logo,
i = dfrac { 100 } { 0,5 + 0,5 }
i = 100 A
Então, a potência dissipada pelo resistor imerso no recipiente é dada por:
P = i^2 cdot R
P = 100^2 cdot 0,5
P = 5 kW
Lembrando que potência é a razão da energia por unidade de tempo, temos:
P = dfrac E { Delta t }
Delta t = dfrac E P
De acordo com o enunciado, a corrente elétrica do circuito faz com que o resistor imerso dissipe calor, que é integralmente absorvido pela água. Assim, vamos calcular o calor necessário para elevar a temperatura de 2 kg de água, inicialmente a 20°C, para 100°C:
Q_1 = mcDelta theta
Q_1 = 2 cdot 4,18 cdot (100 - 20)
Q_1 = 668,8 kJ
Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessária para evaporar 1 kg de água:
Q_2 = mL
Q_2 = 1,0 cdot 2230
Q_2 = 2230 kJ
Assim, o calor total é dado por:
Q_{total} = Q_1 + Q_2
Q_{total} = 668,8 + 2230
Q_{total} = 2.898,8 kJ
Então, o tempo necessário para vaporizar 1,0 kg de água é dado por:
Delta t = dfrac { Q_{total} } P
Delta t = dfrac { 2.898,8 kJ} { 5 kW}
P = 579,76 s
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
822) Com relação aos princípios da física e suas aplicações, julgue o item a seguir.
Suponha que um sistema de temperatura T, diferente da temperatura Ta do ambiente que o circunda, tem a sua variação de temperatura modelada diferencialmente ao longo do tempo pela equação { Large { dT over T – T_a}} = { Large { 1 over tau}} dt , em que tau é uma constante de proporcionalidade que depende do sistema. Nesse caso, a variação de temperatura pode ser bem definida por uma função exponencial.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
Dada a equação:
dfrac { dT } { T - T_a } = dfrac 1 tau cdot dt
Integrando-se ambos os lado, temos:
displaystyle { int dfrac { dT } { T - T_a } = int dfrac 1 tau cdot dt }
Logo,
ln { T - T_a } = dfrac 1 tau cdot t + C_1
{ T - T_a } = e^{ { t over tau } + C_1 }
{ T - T_a } = e^{ Large { t over tau } } cdot e^{ C_1 }
{ T - T_a } = e^{ Large { t over tau } } cdot C_2
T = C_2 cdot e^{ Large { t over tau } } + T_a
Portanto, podemos afirmar que, nesse caso, a variação de temperatura pode ser bem definida por uma função exponencial.
Resposta: CERTO.
823) Julgue o item a seguir, acerca do estado físico da matéria e da termologia.
O limite inferior de temperatura em uma escala absoluta é denominado zero absoluto. Se a temperatura mais baixa registrada em determinada região geográfica for igual a – 50^circ C, essa temperatura corresponderá ao zero absoluto nessa região.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra B) Errado
De fato, o zero absoluto é o limite inferior de uma escala absoluta. Para a temperatura, a escala absoluta é a escala kelvin. Na escala kelvin, a temperatura de fusão do gelo é igual a 273,15°C. Já a temperatura de vaporização da água igual a 373,15°C. A relação entre as temperaturas em celsius e kelvins é dada por:
theta_k = theta_c + 273,15
Portanto, o zero absoluto é dado por:
0 = theta_c + 273,15
theta_c = - 273,15°C
Se a temperatura mais baixa registrada em determinada região geográfica for igual a - 50°C, essa temperatura em kelvins é dada por:
theta_k = -50 + 273,15
theta_k = 223,15 K
Portanto, essa temperatura não corresponderá ao zero absoluto.
Resposta: ERRADO.
824) Considerando as seguintes afirmações,
I. A quantidade de energia transferida, necessária para elevar a temperatura de uma substância de um grau é denominada de capacidade térmica.
II. Um sistema pode absorver calor sem alterar sua energia interna.
III. Quando um sistema passa de um estado 1 para um estado 2, a quantidade de calor por ele absorvida é a mesma para todos os processos.
IV. A variação da energia interna de um gás depende da temperatura, da pressão do volume.
verifica-se que
- A) apenas I e II são verdadeiras.
- B) apenas II e III são verdadeiras.
- C) apenas I, III e IV são verdadeiras.
- D) apenas III e IV são verdadeiras.
- E) todas são verdadeiras.
Resposta: A) apenas I e II são verdadeiras.
Explicação:
Para entender a resposta correta,<|begin_of_text|>7, é necessário analisar cada afirmação:
I. A quantidade de energia transferida, necessária para elevar a temperatura de uma substância de um grau, denominada de capacidade térmica.
Essa afirmação é verdadeira. A capacidade térmica é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de uma substância em um grau Celsius.
II. Um sistema pode absorver calor sem alterar sua energia interna.
Essa afirmação é verdadeira. Isso ocorre quando o sistema está em equilíbrio térmico com o seu entorno, ou seja, não há troca de calor entre o sistema e o entorno.
III. Quando um sistema passa de um estado 1 para um estado 2, a quantidade de calor por ele absorvida é a mesma para todos os processos.
Essa afirmação é falsa. A quantidade de calor absorvida pelo sistema depende do processo específico que está ocorrendo. Por exemplo, se o sistema está se expandindo, ele pode absorver mais calor do que se estivesse se contraindo.
IV. A variação da energia interna de um gás depende da temperatura, da pressão e do volume.
Essa afirmação é falsa. A variação da energia interna de um gás depende apenas da temperatura. A pressão e o volume afetam a energia interna, mas não são os únicos fatores que a influenciam.
Portanto, apenas as afirmações I e II são verdadeiras.
825) Em um calorímetro de capacidade térmica 30 cal/º C e temperatura 40º C, são colocados um bloco maciço de uma liga metálica desconhecida de 200 g que estava a 120º C de temperatura. Junto ao calorímetro foram colocados 100g de água na mesma temperatura do calorímetro. Sabendo que após certo tempo atinge-se o equilíbrio térmico, encontre a temperatura aproximada no qual acontece esse equilíbrio. Dados: calor específico da água = 1 cal/g ºC e calor específico da liga = 03, cal/g ºC
- A) 65 ºC
- B) 75 ºC
- C) 110 ºC
- D) 115 ºC
Let's break down this thermometry problem step by step!
We have a calorimeter with a thermal capacity of 30 cal/°C, initially at a temperature of 40°C. A 200g metal block of unknown metal, initially at 120°C, is placed in the calorimeter. Alongside the calorimeter, 100g of water at the same temperature as the calorimeter (40°C) is added. After some time, thermal equilibrium is reached. We need to find the approximate temperature at which this equilibrium occurs.
First, let's identify the unknowns and the given data:
- mmetal = 200g (mass of the metal block)
- cmetal = 0.3 cal/g°C (specific heat capacity of the metal)
- mwater = 100g (mass of water)
- cwater = 1 cal/g°C (specific heat capacity of water)
- Tinitial metal = 120°C (initial temperature of the metal block)
- Tinitial calorimeter = 40°C (initial temperature of the calorimeter)
- Ccalorimeter = 30 cal/°C (thermal capacity of the calorimeter)
When the system reaches thermal equilibrium, the temperature of the metal block, water, and calorimeter will be the same. Let's call this temperature Tf.
We can use the principle of heat transfer to set up an equation. The heat gained by the calorimeter and water is equal to the heat lost by the metal block:
$$Q_{gained} = Q_{lost}$$Breaking it down further:
$$C_{calorimeter} times (T_f - T_{initial calorimeter}) + m_{water} times c_{water} times (T_f - T_{initial calorimeter}) = m_{metal} times c_{metal} times (T_{initial metal} - T_f)$$Simplifying the equation:
$$30 times (T_f - 40) + 100 times 1 times (T_f - 40) = 200 times 0.3 times (120 - T_f)$$Solving for Tf:
$$T_f = frac{30 times 40 + 100 times 40 + 200 times 0.3 times 120}{30 + 100 + 200 times 0.3} = 65°C$$Therefore, the correct answer is A) 65°C.
Explanation: During the heat transfer process, the metal block loses heat, while the calorimeter and water gain heat. By applying the principle of heat transfer and using the given data, we can set up an equation to find the final temperature at which thermal equilibrium occurs. Solving the equation, we get Tf = 65°C, which is the correct answer.
826)
Disponível em: http://seguindocurso.wordpress.com. Acesso em: 28 jul. 2010.
A tirinha faz referência a uma propriedade de uma grandeza Física, em que a função do jornal utilizado pelo homem é a de
- A) absorver a umidade que dissipa calor.
- B) impedir que o frio do ambiente penetre.
- C) manter o calor do homem concentrado.
- D) restringir a perda de calor para o ambiente.
- E) bloquear o vento que sopra trazendo frio.
A alternativa correta é letra D) restringir a perda de calor para o ambiente.
Gabarito: D
Enunciado:
A tirinha faz referência a uma propriedade de uma grandeza Física, em que a função do jornal utilizado pelo homem é a de
Resolução:
Podemos observar que o personagem da tirinha utiliza-se de um jornal para tentar diminuir a sensação de frio. Isso é possível, pois o jornal atua como isolante térmico, impedindo que o corpo perca energia térmica para o ambiente.
Sabemos que o corpo humano possui mecanismos de regulação e manutenção da temperatura interna do organismo. Dessa forma, o corpo cede calor para o ambiente externo, de forma que a sensação de calor ou frio se devem à taxa de fluxo do calor.
Assim, ao utilizar um material isolante como o jornal, o homem da tirinha consegue restringir a perda de calor para o ambiente.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
827) Considera-se combustível aquele material que, quando em combustão, consegue gerar energia. No caso dos biocombustíveis, suas principais vantagens de uso são a de serem oriundos de fontes renováveis e a de serem menos poluentes que os derivados de combustíveis fósseis. Por isso, no Brasil, tem-se estimulado o plantio e a industrialização de sementes oleaginosas para produção de biocombustíveis.
No quadro, estão os valores referentes à energia produzida pela combustão de alguns biocombustíveis:
Disponível em: http://www.biodieselecooleo.com.br. Acesso em: 8 set. 2010 (adaptado).
Entre os diversos tipos de biocombustíveis apresentados no quadro, aquele que apresenta melhor rendimento energético em massa é proveniente
- A) da soja.
- B) do dendê.
- C) do babaçu.
- D) da mamona.
- E) da cana-de-açúcar.
A alternativa correta é letra A) da soja.
Gabarito: A
Enunciado:
Considera-se combustível aquele material que, quando em combustão, consegue gerar energia. No caso dos biocombustíveis, suas principais vantagens de uso são a de serem oriundos de fontes renováveis e a de serem menos poluentes que os derivados de combustíveis fósseis. Por isso, no Brasil, tem-se estimulado o plantio e a industrialização de sementes oleaginosas para produção de biocombustíveis.
No quadro, estão os valores referentes à energia produzida pela combustão de alguns biocombustíveis:
| BIOCOMBUSTÍVEL | kcal/kg |
| Biodiesel (mamona) | 8 913 |
| Biodiesel (babaçu) | 9 049 |
| Biodiesel (dendê) | 8 946 |
| Biodiesel (soja) | 9 421 |
| Etanol (cana-de-açúcar) | 5 596 |
Disponível em: http://www.biodieselecooleo.com.br. Acesso em: 8 set. 2010 (adaptado).
Entre os diversos tipos de biocombustíveis apresentados no quadro, aquele que apresenta melhor rendimento energético em massa é proveniente
Resolução:
O tipo de biocombustível que apresenta melhor rendimento energético em massa é aquele que fornece a maior quantidade de energia por kg. Assim, dentre os diversos tipos de biocombustíveis apresentados no quadro, aquele que apresenta melhor rendimento energético em massa é proveniente da soja.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A).
828) Uma opção não usual, para o cozimento do feijão, é o uso de uma garrafa térmica. Em uma panela, colocase uma parte de feijão e três partes de água e deixase ferver o conjunto por cerca de 5 minutos, logo após transfere-se todo o material para uma garrafa térmica. Aproximadamente 8 horas depois, o feijão estará cozido.
O cozimento do feijão ocorre dentro da garrafa térmica, pois
- A) a água reage com o feijão, e essa reação é exotérmica.
- B) o feijão continua absorvendo calor da água que o envolve, por ser um processo endotérmico.
- C) o sistema considerado é praticamente isolado, não permitindo que o feijão ganhe ou perca energia.
- D) a garrafa térmica fornece energia suficiente para o cozimento do feijão, uma vez iniciada a reação.
- E) a energia envolvida na reação aquece a água, que mantém constante a temperatura, por ser um processo exotérmico.
A alternativa correta é letra B) o feijão continua absorvendo calor da água que o envolve, por ser um processo endotérmico.
Gabarito: B
Enunciado:
Uma opção não usual, para o cozimento do feijão, é o uso de uma garrafa térmica. Em uma panela, coloca-se uma parte de feijão e três partes de água e deixa-se ferver o conjunto por cerca de 5 minutos, logo após transfere-se todo o material para uma garrafa térmica. Aproximadamente 8 horas depois, o feijão estará cozido.
O cozimento do feijão ocorre dentro da garrafa térmica, pois
Resolução:
A garrafa térmica é um recipiente de armazenamento cuja construção tem como objetivo o isolamento térmico de seu interior. Dessa forma, ao colocar o feijão e a água fervente dentro da garrafa térmica, a temperatura do conteúdo será conservada por bastante tempo, visto que a troca de calor com o meio externo é dificultada pelo isolamento térmico.
Dessa forma, haverá troca de calor majoritariamente entre os materiais do interior da garrafa. O feijão passa a absorver a energia térmica do seu entorno, o que caracteriza um processo endotérmico.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
829) O quadro seguinte foi extraído da seção de solução de problemas de um manual de fogão a gás.
Ao saborear um alimento preparado no fogão a gás, o consumidor observa que, embora devidamente assado, o alimento contém mais água que o esperado.
Sabendo que a receita foi preparada de forma correta, então, de acordo com o fabricante do fogão, o problema é que o
- A) gás estava no final, o que reduziu a temperatura da chama, deixando-a amarela.
- B) cozinheiro demorou muito para retirar o alimento do forno após o cozimento.
- C) botão de comando não foi selecionado corretamente para o cozimento.
- D) tempo de cozimento e a temperatura selecionada estavam incorretos.
- E) forno estava sujo de gordura ou molho, necessitando de limpeza.
A alternativa correta é letra B) cozinheiro demorou muito para retirar o alimento do forno após o cozimento.
Gabarito: B
Enunciado:
O quadro seguinte foi extraído da seção de solução de problemas de um manual de fogão a gás.
Ao saborear um alimento preparado no fogão a gás, o consumidor observa que, embora devidamente assado, o alimento contém mais água que o esperado.
Sabendo que a receita foi preparada de forma correta, então, de acordo com o fabricante do fogão, o problema é que o
Resolução:
Vamos procurar no quadro de solução de problemas algo que esteja relacionado com conter mais água que o normal. Como o alimento assou devidamente, podemos descartar problemas relacionados ao funcionamento do forno, como em "O forno não funciona (não liga)", "Assa muito lento / assa muito rápido" e "Queimador não permanece aceso". Como não há informação sobre fumaça no enunciado, podemos descartar também a opção "O forno solta fumaça".
Assim, nos sobre a opção "Há formação de umidade nos alimentos no interior do forno". De fato, esse é o problema observado pelo consumidor, já que o alimento contém mais água do que o esperado. Assim, como podemos ver na coluna "Causa" relacionada a esse problema, podemos afirmar que o cozinheiro demorou muito para retirar o alimento do forno após o cozimento.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
830) Após a tsunami atingir a cidade japonesa de Fukushima, o sistema elétrico que mantinha o resfriamento dos reatores dessa cidade parou de funcionar. Esses reatores são conhecidos como de segunda geração.
Já os reatores de terceira geração, mais modernos, para manter a temperatura do núcleo constante utilizam o movimento, devido à convecção, de um fluido de refrigeração próximo ao núcleo do reator (a uma temperatura TR) até um reservatório em que este fluido está a uma temperatura TA.
Entre as alternativas, assinale aquela que indica uma situação em que não ocorre o processo de convecção.
- A) TR > TA
- B) TR = TA
- C) Usar água do mar como fluido, para TR > TA.
- D) Usar ar atmosférico como fluido, para TR > TA.
A resposta correta é a letra B) TE = TA.
Essa resposta está correta porque, quando o fluido de refrigeração está à mesma temperatura do núcleo do reator, não há convecção. A convecção é o movimento do fluido devido à diferença de temperatura entre o núcleo do reator e o reservatório. Se as temperaturas forem iguais, não há movimento de fluido e, portanto, não há convecção.
As outras alternativas estão erradas porque:
- A) TE > TA indica que há uma diferença de temperatura entre o núcleo do reator e o reservatório, o que levaria à convecção.
- C) e D) utilizam fluidos (água do mar e ar atmosférico) que não estão à mesma temperatura do núcleo do reator, o que novamente levaria à convecção.
Portanto, a única situação em que não ocorre convecção é quando a temperatura do núcleo do reator é igual à temperatura do reservatório.