Questões Sobre Termologia - Física - concurso
851)
O gráfico da figura acima representa a transformação de100 mols de um gás ideal. A temperatura do gás no estado A, em Kelvin, é igual a
Dados: constante dos gases R = 8,31 J/mol.K.
- A) 24,1
- B) 28,2
- C) 30,3
- D) 32,6
- E) 38,7
A alternativa correta é letra A) 24,1
Pessoal, precisamos calcular por meio de
P V = n R T
Reparem que ela quer no estado A.
P_A V_A = n R T_A
T_A = dfrac{P_A V_A}{n R}
T_A = dfrac{ 2 times 10^4 times 1}{100 times 8,32}
T_A = 24,03 , K
Reparem que é uma temperatura extremamente baixa.
Gabarito: LETRA A.
852)
A figura acima representa, em uma escala especial, a curva de pressão de vapor de duas substâncias A e B em função da temperatura. Nesse contexto, analise as afirmativas a seguir.
I – A substância A é mais volátil do que a substância B.
II – A substância A será um líquido sub-resfriado, e a substância B um vapor superaquecido, se o ponto O representar a pressão e a temperatura do sistema.
III – Os pontos P e Q representam, respectivamente, os pontos críticos das substâncias A e B.
Está correto o que se afirma em
- A) III, apenas.
- B) I e II, apenas.
- C) I e III, apenas.
- D) II e III, apenas.
- E) I, II e III.
A alternativa correta é letra C) I e III, apenas.
Vamos analisar uma a uma pessoal,
I - A substância A é mais volátil do que a substância B.
CORRETA. Traçando um alinha paralela a horizontal, vemos que para uma mesma pressão, a temperatura de B é mais alta. Logo, A volatiliza mais facilmente.
II - A substância A será um líquido sub-resfriado, e a substância B um vapor superaquecido, se o ponto O representar a pressão e a temperatura do sistema.
ERRADA. No ponto O A será líquido e B vapor.
III - Os pontos P e Q representam, respectivamente, os pontos críticos das substâncias A e B.
CORRETA. Realmente são exatamente os pontos em que teremos as pressões e temperaturas críticas das respectivas substâncias.
Gabarito: LETRA C.
853) A energia térmica (ou calor) é a energia em trânsito que ocorre única e exclusivamente devido a uma diferença de temperatura. Ela pode ocorrer nos sólidos, nos líquidos e nos gases, basicamente por meio de três mecanismos de transferência. A esse respeito, afirma-se que
- A) o coeficiente de troca de calor por convecção deverá ser tanto maior, quanto maior for a viscosidade de um fluido.
- B) a condução, por ser um mecanismo que exige contato físico entre as moléculas, não ocorre nos gases, porque neles as moléculas ficam muito afastadas.
- C) a radiação é o único mecanismo de transferência de calor que dispensa a existência de um meio físico para ocorrer.
- D) a radiação térmica é emitida por meio de ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda, incluindo todo o espectro visível e toda a região do ultravioleta e do infravermelho.
- E) a transferência de calor por convecção, no interior de um fluido, ocorre exclusivamente devido ao escoamento global do fluido.
A alternativa correta é letra C) a radiação é o único mecanismo de transferência de calor que dispensa a existência de um meio físico para ocorrer.
Vamos analisar uma a uma,
a) o coeficiente de troca de calor por convecção deverá ser tanto maior, quanto maior for a viscosidade de um fluido.
ERRADA. Pessoal o coeficiente de convecção depende de outros fatores como área e variação de temperatura. Não tem relação direta com a viscosidade.
b) a condução, por ser um mecanismo que exige contato físico entre as moléculas, não ocorre nos gases, porque neles as moléculas ficam muito afastadas.
ERRADA. Ocorre sim. A condução ocorre entre dois meios "parados", dito de maneira simplória. O que ocorre nos gases é convecção e condução (normalmente as questões pede o cálculo de convecção apenas, mas a condução também ocorre).
c) a radiação é o único mecanismo de transferência de calor que dispensa a existência de um meio físico para ocorrer.
CORRETA. A radiação não precisa de um meio (apenas condução e convecção precisam).
d) a radiação térmica é emitida por meio de ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos de onda, incluindo todo o espectro visível e toda a região do ultravioleta e do infravermelho.
ERRADA. Pessoal vai depender do corpo que emite. Ela depende da temperatura do corpo emitente entre outras características.
e) a transferência de calor por convecção, no interior de um fluido, ocorre exclusivamente devido ao escoamento global do fluido.
ERRADA. Também pode ocorrer devido a diferenças de densidade causadas por variações de temperatura no próprio fluido.
Gabarito: LETRA C.
854) Uma parede de revestimento refratário é composta por três materiais superpostos, A, B e C, de mesma espessura. Se a condutividade térmica desses materiais tem valores KA, KB e KC, a condutividade térmica (K) composta da parede será
- A) K=K_A+K_B+K_C
- B) K=1/3(K_A+K_2+K_C)
- C) K=sqrt[3]{K_AK_BK_C}
- D) K=(K_AK_B+K_AK_C+K_BK_C)/(K_AK_BK_C)
- E) K=(K_AK_BK_C)/(K_AK_B+K_AK_C+K_BK_C)
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Pessoal, a lógica para condução em materiais sobrepostos é equivalente aos resistores em paralelo.
dfrac{1}{K} = dfrac{1}{K_A} + dfrac{1}{K_B} + dfrac{1}{K_C}
Logo,
K = dfrac{1}{dfrac{1}{K_A} + dfrac{1}{K_B} + dfrac{1}{K_C}}
Pessoal, podemos ficar "jogando" com a expressão até achar alguma que bata com as alternativas. Entretanto, não teremos nenhuma.
Por esse motivo a questão foi ANULADA.
Gabarito: ANULADA.
855) Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível.
Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre
- A) 75,0 e 85,0.
- B) 65,0 e 74,9.
- C) 55,0 e 64,9.
- D) 45,0 e 54,9.
- E) 35,0 e 44,9.
A alternativa correta é letra C) 55,0 e 64,9.
Aplicação direta da fórmula de conservação de calor:
Q = m times c times Delta T = rho times v times c times Delta T
Q_{sist} = Q_{cafe} + Q_{leite} + Q_{adoç}
0 = 50 rho times (T_f - 80) + 100 rho times (T_f - 50) + 20 rho times (T_f - 20)
T_f = dfrac{9.040}{152} = 59,47 , °C
Gabarito: LETRA C.
856) Uma bolsa térmica com 500 g de água à temperatura inicial de 60 ºC é empregada para tratamento da dor nas costas de um paciente. Transcorrido um certo tempo desde o início do tratamento, a temperatura da água contida na bolsa é de 40 ºC. Considerando que o calor específico da água é 1 cal/(g·ºC), e supondo que 60% do calor cedido pela água foi absorvido pelo corpo do paciente, a quantidade de calorias recebidas pelo paciente no tratamento foi igual a
- A) 2 000.
- B) 4 000.
- C) 6 000.
- D) 8 000.
- E) 10 000.
A alternativa correta é letra C) 6 000.
Aplicação direta da fórmula de calorimetria
Q = m times c times Delta T
Q = 500 times 1 times (60 - 40)
Q = 10.000 , J = 10 , KJ
Esse é o valor total de calor cedido pela bolsa (100%). Logo, o valor absorvido é
Q_{absor} = 0,6 times 10.000 = 6.000 , J
Gabarito: LETRA C.
857) Dois blocos metálicos de materiais diferentes e inicialmente à mesma temperatura são aquecidos, absorvem a mesma quantidade de calor e atingem uma mesma temperatura final sem ocorrer mudança de fase. Baseado nessas informações, podemos afirmar que eles possuem o(a) mesmo(a):
- A) densidade.
- B) calor específico.
- C) volume.
- D) capacidade térmica.
- E) massa.
A resposta certa é a letra D) capacidade térmica.
Isso ocorre porque, quando dois corpos metálicos de materiais diferentes absorvem a mesma quantidade de calor e atingem a mesma temperatura final sem mudança de fase, eles devem ter a mesma capacidade térmica. A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um corpo em 1°C.
A densidade (letra A) é a massa por unidade de volume, e não está relacionada à quantidade de calor absorvida. O calor específico (letra B) é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de uma unidade de massa de um corpo em 1°C, e também não está relacionada à situação descrita.
O volume (letra C) é a quantidade de espaço ocupado por um corpo, e não tem relação com a absorção de calor. A massa (letra E) é a quantidade de matéria que compõe um corpo, e também não está relacionada à situação descrita.
Portanto, a capacidade térmica é a propriedade que melhor se relaciona com a situação descrita, pois é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de um corpo.
858) Para um gás ideal ou perfeito temos que:
- A) as suas moléculas não exercem força uma sobre as outras, exceto quando colidem.
- B) as suas moléculas têm dimensões consideráveis em comparação com os espaços vazios entre elas.
- C) mantido o seu volume constante, a sua pressão e a sua temperatura absoluta são inversamente proporcionais.
- D) a sua pressão e o seu volume, quando mantida a temperatura constante, são diretamente proporcionais.
- E) sob pressão constante, o seu volume e a sua temperatura absoluta são inversamente proporcionais.
Resposta: A alternativa correta é a letra A) as suas moléculas não exercem força uma sobre as outras, exceto quando colidem.
Para entender melhor essa resposta, vamos analisar o que significa um gás ideal ou perfeito. Um gás ideal é um modelo teórico que descreve o comportamento de um gás em condições ideais, ou seja, em condições em que as moléculas do gás não interajam entre si, exceto por colisões elásticas. Isso significa que as moléculas do gás não exercem força uma sobre as outras, exceto quando colidem.
Essa hipótese é fundamental para a teoria cinética dos gases, que estuda o comportamento dos gases em termos das suas propriedades macroscópicas, como pressão, volume e temperatura. A teoria cinética dos gases é baseada na ideia de que as moléculas de um gás estão em constante movimento, colidindo entre si e com as paredes do recipiente que as contém.
A alternativa correta, portanto, é a letra A) as suas moléculas não exercem força uma sobre as outras, exceto quando colidem. Isso é uma das principais características de um gás ideal, e é fundamental para a compreensão da termodinâmica e da teoria cinética dos gases.
859) Em certo processo termodinâmico, 500g de água são aquecidos de 20,0 ºC a 80,0 ºC e, ao mesmo tempo, é realizado um trabalho de 3,20 ⋅ 10^5 J Sobre o sistema.
A variação de energia interna, em KJ, é
Dado: calor específico da água = 4,20 kJ/kg ºC.
- A) 194
- B) 236
- C) 386
- D) 446
- E) 586
A alternativa correta é letra D) 446
Através do primeiro princípio da termodinâmica, sabemos:
Q = tau +Delta U
Delta U = Q - tau tag{1}
Onde (Q) é o calor fornecido ao sistema, (tau) o trabalho e (Delta U) a variação da energia interna. Como sabemos o trabalho realizado sobre o sistema, devemos encontrar o calor.
Para o cálculo de (Q) devemos utilizar a equação da calorimetria:
Q = m,c,Delta theta
Onde (m) é a massa da substância que foi aquecida, (c) o calor específico e (Delta theta) a variação de temperatura. Substituindo os dados:
Q = m,c,Delta theta \ , \ , \ Q = 0,5 cdot 4,2 cdot (80-20) \ , \ , \ Q = 2,1 cdot 60 \ , \ , \ bbox[8px, border: 1px solid black]{color{black}{Q = 126,kJ}}
O exercício solicita a variação da energia interna em kJ, para isso devemos converter a unidade do trabalho em kJ. Outra observação importante a respeito do trabalho é com relação ao sinal. Como o trabalho foi realizado sobre o sistema, o trabalho deve ser considerado como negativo. Então:
tau = -3,2 times 10^5,J = -3,2 times 10^2 times underbrace{10^3}_{k} \ , \ , \ tau= -3,2 times 10^2,kJ \ , \ , \ bbox[8px, border: 1px solid black]{color{black}{tau = -320,kJ}}
Voltando para a equação (1):
Delta U = Q - tau \ , \ , \ Delta U = 126 - (-320) = 126+320 \ , \ , \ bbox[8px, border: 2px solid #3498db]{color{#3498db}{Delta U =446,kJ}}
Portanto a variação da energia interna foi de 446 kJ.
860) No interior de um calorímetro, totalmente preenchido por 0,40 kg de certa substância, há um termômetro e um resistor elétrico, todos inicialmente em equilíbrio térmico, na temperatura de 40°C. No instante t = 0, o resistor foi conectado a uma bateria, passando a dissipar 80 watts. A leitura do termômetro permitiu a construção do gráfico da temperatura T da substância em função do tempo t, mostrado na figura. Considerando que toda a energia dissipada pelo resistor é absorvida pela substância, o calor específico da substância, em J/g°C, é igual a
- A) 3,0
- B) 3,5
- C) 4,0
- D) 4,5
- E) 5,0
A alternativa correta é letra E) 5,0
O gráfico desta questão está com uma falha de impressão que dificulta a visualização das temperaturas. No intervalo de tempo entre t = 0 e t = 500 s a temperatura passou de 40^circ C para 60^circ C.
Vamos calcular a quantidade de energia dissipada pelo resistor em 500 s. Essa energia será transferido para a substância, aumentando sua temperatura, por esse motivo chamaremos essa energia de quantidade de calor (Q).
Pot = dfrac{Q}{Delta t}
Q = Pot times Delta t
Q = 80 times 500
Q = 40,000,J
Agora utilizando a equação da calorimetria:
Q = m , c , Delta theta
Convertendo a massa da substância em gramas, pois a resposta deve ser dada em J/g^circ C:
m = 0,4,kg = 400,g
Substituindo na equação da calorimetria:
40,000 = 400 cdot c cdot (60-40)
40,000 = 8,000c
c=dfrac{40,000}{8,000}
c = 5,0,J/g ^circ C
Portanto o calor específico da substância é de color{#3498db}{5,0 ,J/g^circ C}.