Questões Sobre Termologia - Física - concurso
841) Massas iguais de água e de alumínio recebem exatamente a mesma quantidade de calor.
Qual a razão entre a variação de temperatura do alumínio e a variação de temperatura da água, provocada pelo fornecimento desse calor?
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g.ºC
calor específico do alumínio = 0,2 cal/g.ºC
- A) 5
- B) 2
- C) 1
- D) large{1 over 3}
- E) large{1 over 8}
Questão:
Massas iguais de água e de alumínio recebem exatamente a mesma quantidade de calor.
Qual a razão entre a variação de temperatura do alumínio e a variação de temperatura da água,<|begin_of_text|>202 provoked by the supply of this heat?
Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g.°C
calor específico do alumínio = 0,2 cal/g.°C
A razão entre a variação de temperatura do alumínio e a variação de temperatura da água é igual a 5. Portanto, a alternativa correta é a letra A) 5.
Explicação: Para encontrar a razão entre as variações de temperatura, precisamos utilizar a fórmula Q = mcΔT, onde Q é a quantidade de calor fornecida, m é a massa do material, c é o calor específico do material e ΔT é a variação de temperatura. Como a quantidade de calor fornecida é igual para ambos os materiais, podemos igualar as duas equações e resolver para ΔT.
Como a massa das substâncias é igual, podemos cancelá-la. Além disso, como a quantidade de calor fornecida é igual, podemos igualar as duas equações e resolver para ΔT.
ΔTalumínio / ΔTágua = cágua / calumínio = 1,0 / 0,2 = 5
Portanto, a razão entre a variação de temperatura do alumínio e a variação de temperatura da água é igual a 5.
842) Dois corpos, a temperaturas diferentes, trocam calor entre si até que se estabeleça o equilíbrio térmico entre eles. O processo de transferência de calor entre dois corpos que NÃO necessita de um meio material para a propagação da energia chama-se
- A) convecção
- B) condução
- C) fusão
- D) radiação
- E) sublimação
A resposta certa é a letra D) radiação.
A radiação é o processo de transferência de calor entre dois corpos que não necessita de um meio material para a propagação da energia. Isso ocorre porque a radiação é uma forma de transferência de energia que não requer a presença de um meio material, como o ar, a água ou um sólido, para se propagar.
Os corpos emitem e absorvem radiação eletromagnética, que é uma forma de energia que se propaga em forma de ondas. Quando um corpo emite radiação, ele perde energia, e quando um corpo absorve radiação, ele ganha energia.
A radiação é responsável pela transferência de calor entre os corpos, mesmo que estejam separados por uma distância considerável. Por exemplo, a Terra recebe radiação solar do Sol, que é responsável pela manutenção da temperatura do planeta.
As outras alternativas estão erradas porque a convecção (A) é a transferência de calor que ocorre devido ao movimento de fluidos, como o ar ou a água, em resposta a gradientes de temperatura. A condução (B) é a transferência de calor que ocorre devido à propagação de vibrações em um sólido ou em um fluido estacionário. A fusão (C) é a mudança de estado de um corpo de sólido para líquido, e a sublimação (E) é a mudança de estado de um corpo de sólido para gasoso.
Portanto, a radiação é o processo de transferência de calor entre dois corpos que não necessita de um meio material para a propagação da energia.
843) Qual a quantidade total de calor necessária para provocar a mudança de fase de 100 g de gelo a 0 ºC para a mesma quantidade de água a 0 ºC e, em seguida, aquecer essa massa de água a 10 ºC?
Dados: calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g
calor específico da água = 1 cal/g.ºC
- A) 1.000 cal
- B) 1.800 cal
- C) 8.000 cal
- D) 8.800 cal
- E) 9.000 cal
Resposta: E) 9.000 cal
Para encontrar a quantidade total de calor necessária para provocar a mudança de fase de 100 g de gelo a 0°C para a mesma quantidade de água a 0°C e, em seguida, aquecer essa massa de água a 10°C, devemos dividir o problema em duas etapas.
Primeiramente, para que o gelo derreta completamente, é necessário fornecer ao sistema uma quantidade de calor igual ao produto do calor latente de fusão do gelo (80 cal/g) pela massa de gelo (100 g). Ou seja:
Q1 = 80 cal/g × 100 g = 8.000 cal
Em seguida, para aquecer a água de 0°C a 10°C, é necessário fornecer ao sistema uma quantidade de calor igual ao produto do calor específico da água (1 cal/g.°C) pela massa de água (100 g) e pela variação de temperatura (10°C). Ou seja:
Q2 = 1 cal/g.°C × 100 g × 10°C = 1.000 cal
Portanto, a quantidade total de calor necessária é a soma das quantidades de calor necessárias para as duas etapas:
Qtotal = Q1 + Q2 = 8.000 cal + 1.000 cal = 9.000 cal
Logo, a alternativa correta é a letra E) 9.000 cal.
844)
A figura ilustra uma placa de vidro com faces paralelas. A espessura da placa vale 4,0 mm, e as tais faces têm 1.000 cm2 de área.
Sabendo-se que há uma diferença de temperatura de 50 ºC entre as faces da placa, qual o fluxo de calor por condução através do vidro em calorias por segundo?
Dado: coeficiente de condutibilidade térmica da placa =2,0 times 10^{-3} {large{cal over cm cdot s cdotºc}}
- A) 25
- B) 40
- C) 100
- D) 250
- E) 400
A alternativa correta é letra D) 250
Gabarito: LETRA D.
O fluxo de calor (dot Q) por condução térmica através de um material é dado pela Lei de Fourier:
dot Q = dfrac{k cdot A cdot Delta T}{d}
Onde:
- k é o coeficiente de condutibilidade térmica (dado como 2,0 times 10^{-3} , text{cal/(cm} cdot text{s} cdot text{°C)}),
- A é a área de secção transversal do material (1.000 cm2),
- Delta T é a diferença de temperatura (50°C), e
- d é a espessura do material (4,0 mm = 0,4 cm).
Substituindo os valores do enunciado, o fluxo de calor por condução através do vidro é dado por:
dot Q = dfrac{ 2,0 times 10^{-3} dfrac { cal }{ cancel {cm} cdot , s cdot cancel {°C} } cdot 1.000 cancel {cm^2} cdot 50 cancel {°C}}{ 0,4 cancel {cm} }
dot Q = 250 , cal/s
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
845) A escala de temperatura conhecida por Escala Fahrenreit é definida com dois pontos fixos, respectivamente, o ponto de fusão do gelo a 32 ºF e o ponto de ebulição da água a 212 ºF.
Considerando que os mesmos pontos fixos são adotados na escala Celsius, respectivamente a 0 ºC e 100 ºC, a quanto corresponde, na Escala Fahrenheit, a temperatura de 30 ºC?
- A) 22 ºF
- B) 30 ºF
- C) 78 ºF
- D) 84 ºF
- E) 86 ºF
Let's break down the Fahrenheit scale to find the correct answer. The Fahrenheit scale is defined by two fixed points: the freezing point of water at 32°F and the boiling point of water at 212°F. On the Celsius scale, these points correspond to 0°C and 100°C, respectively.
To find the temperature in Fahrenheit that corresponds to 30°C, we can set up a proportion. Let x be the temperature in Fahrenheit:
$$frac{x-32}{212-32} = frac{30-0}{100-0}$$
Simplifying the equation, we get:
$$x-32 = frac{30}{100}(212-32)$$
$$x-32 = 6 times 18$$
$$x-32 = 108$$
$$x = 108 + 32$$
$$x = 86°F$$
Therefore, the correct answer is E) 86°F.
This problem requires an understanding of the relationship between the Celsius and Fahrenheit scales. By setting up a proportion, we can find the temperature in Fahrenheit that corresponds to a given temperature in Celsius.
846) A Lei do Resfriamento de Newton estabelece que a temperatura T de um objeto, colocado há t minutos em um ambiente com temperatura constante T_a, é dada por T = T_a + Ccdot e^{kt}, onde C e k são constantes, e as temperaturas T e T_a são medidas em graus Celsius.
Considere que um objeto, cuja temperatura inicial é de 24 ºC, é colocado em um ambiente de temperatura constante de 18 ºC, e que, após 15 minutos, a temperatura do objeto é de 21 ºC. A temperatura desse objeto 30 minutos após ter sido colocado no citado ambiente é, em graus Celsius, de
- A) 18,0
- B) 18,5
- C) 18,7
- D) 19,0
- E) 19,5
A alternativa correta é letra E) 19,5
Pessoal, aplicando a temperatura de 18 e o tempo de 15, temos
21 = 18 + C e^{15k}
3 = C e^{15k}
C = dfrac{3}{e^{15k}}
Agora, para os segundos dados o que vamos ter é
T= 18 + Ce^{30k}
Temos que o termo Ce15k a Ce30k divide 3/2 =1,5
T= 18 + 1,5 = 19,5 , K
Gabarito: LETRA E.
847)
Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura acima. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30 cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10 cm e, o da inferior, 2 cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25 ºC, for aquecida a 225 ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de
NOTE E ADOTE Coeficiente de dilatação linear do alumínio: 2 × 10–5 °C–1.
- A) 1 mm.
- B) 3 mm.
- C) 6 mm.
- D) 12 mm.
- E) 30 mm.
A alternativa correta é letra C) 6 mm.
Sob o efeito da variação de temperatura, os materiais sofrem dilatação térmica linear, fazendo variar o seu comprimento final. Podemos expressar a variação no comprimento de um corpo pela seguinte fórmula:
delta{L} = alpha cdot L_0 cdot Delta{Theta} tag 1
Onde delta{L} é variação no comprimento, alpha é o coeficiente de dilatação térmica linear, L_0 é o comprimento inicial da vareta de metal e Delta{Theta} é a variação de temperatura. Logo,
delta{L} = 2times10^{–5}cdot 30 cdot (225-25)
delta{L} = 12times10^{–2},cm=0,12,cm
Quando a barra se dilata, ela irá empurrar para a esquerda a parte inferior do ponteiro. Podemos aproximar essa situação de um triângulo retângulo onde a dilatação da barra será o cateto oposto ao ângulo alpha junto ao ponto O do ponteiro. A hipotenusa será o comprimento inferior do ponteiro:
sin(alpha)=frac{0,12}{2}
sin(alpha)=0,06
Do lado superior do ponteiro teremos:
sin(alpha)=0,06=frac{cateto,,oposto}{hipotenusa}
cateto,,oposto=hipotenusatimes 0,06
boxed{cateto,,oposto=10times 0,06=0,6,cm=6,mm}
Gabarito: C
848) Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta. Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira. Após a abertura da porta, a temperatura da sala,
- A) diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
- B) diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta.
- C) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta.
- D) aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta.
- E) não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado.
A alternativa correta é letra C) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta.
Inicialmente, como a temperatura do ar no interior da geladeira é menor do que a temperatura do ar da sala, a temperatura da sala diminuirá até se equilibrar com o calor do interior da geladeira, que está inicialmente com temperatura mais baixa do que a da sala.
Após atingir o equilíbrio, as temperaturas do interior da geladeira e da sala serão iguais. Devemos ainda nos lembrar do princípio de funcionamento da geladeira: ela retira calor da fonte fria (interior da geladeira) e transfere o calor para a fonte quente (exterior). A geladeira consegue fazer isso a partir do trabalho W realizado pelo motocompressor.
Q_{retirado} +W=Q_{fornecido}
Q_{fornecido} > Q_{retirado}
Com base na expressão acima, notamos que o calor transferido para o ambiente externo pela geladeira será sempre maior do que o calor retirado, em função do trabalho realizado pelo motor. Então, a tendência da temperatura no ambiente da sala será aumentar com o tempo, após inicialmente a temperatura ter baixado.
Gabarito: C
849) Uma máquina térmica opera trocando calor com 2 reservatórios a temperaturas de, respectivamente, TQ = 500 K e TF = 100 K. De acordo com as leis da termodinâmica, qual o maior rendimento possível para uma máquina operar entre esses dois reservatórios?
- A) 60%
- B) 80%
- C) 90%
- D) 100%
- E) 120%
Resposta:
A alternativa correta é B) 80%.
Explicação:
Para encontrar o maior rendimento possível para uma máquina térmica operar entre dois reservatórios, devemos utilizar a fórmula do rendimento de Carnot:
$$eta = 1 - frac{T_F}{T_Q}$$Onde η é o rendimento da máquina, TF é a temperatura do reservatório frio e TQ é a temperatura do reservatório quente.
Substituindo os valores dados, temos:
$$eta = 1 - frac{100 K}{500 K} = 0,8 = 80%$$Portanto, o maior rendimento possível para uma máquina térmica operar entre esses dois reservatórios é de 80%.
Comentário:
A fórmula do rendimento de Carnot é uma ferramenta fundamental em termodinâmica para calcular o rendimento máximo possível de uma máquina térmica. Nesse caso, aplicamos a fórmula para encontrar o maior rendimento possível para uma máquina térmica operar entre os dois reservatórios dados.
850) Uma nova escala de temperatura, conhecida por escala Y, foi criada com dois pontos fixos, a fusão do gelo a 100 ºY e a ebulição da água a 1.000 ºY. A quanto corresponde, na escala Y, a temperatura de 0 ºF?
Dado: Considere que os mesmos pontos fi xos são adotados na escala Fahrenheit, com valores respectivamente defi nidos como 32 ºF e 212 ºF.
- A) 40 ºY
- B) 30 ºY
- C) 20 ºY
- D) 10 ºY
- E) −60 ºY
Para resolver essa questão, precisamos encontrar a relação entre as escalas Y e Fahrenheit. Sabemos que a escala Y tem dois pontos fixos: 100 °Y para a fusão do gelo e 1000 °Y para a ebulição da água. Além disso, sabemos que esses mesmos pontos fixos correspondem a 32 °F e 212 °F, respectivamente, na escala Fahrenheit.
Podemos começar escrevendo uma equação para relacionar as temperaturas em ambas as escalas. Vamos chamar a temperatura em Fahrenheit de F e a temperatura em Y de Y. Então, podemos escrever:
$$frac{Y-100}{1000-100} = frac{F-32}{212-32}$$
Agora, precisamos encontrar a temperatura em Y correspondente a 0 °F. Substituindo F = 0 na equação acima, obtemos:
$$frac{Y-100}{900} = frac{-32}{180}$$
Agora, podemos resolver essa equação para Y. Multiplicando ambos os lados por 900, obtemos:
$$Y-100 = -160$$
Finalmente, adicionando 100 a ambos os lados, obtemos:
$$Y = -60$$
Portanto, a temperatura de 0 °F corresponde a -60 °Y na escala Y.
A alternativa correta é a letra E) -60 °Y.