Questões Sobre Termologia - Física - concurso
861) Dois blocos idênticos de 2 kg de cobre, um com uma temperatura inicial de T1 = 100ºC e outro com temperatura inicial T2 = 0ºC, se encontram em um container perfeitamente isolado. Os dois blocos estão inicialmente separados. Quando os blocos são postos em contato um com o outro, eles atingem equilíbrio a uma temperatura Tf . Considerando que o calor específico do cobre é de 0,1 kcal/kg ºK, a quantidade de calor trocada entre os dois blocos neste processo é
- A) 1 kcal.
- B) 20 kcal.
- C) 5 kcal.
- D) 10 kcal.
Resposta: D) 10 kcal
Para resolver essa questão, precisamos aplicar o conceito de equilíbrio térmico. Quando os dois blocos de cobre são postos em contato, eles alcançam um estado de equilíbrio térmico, ou seja, a temperatura dos dois blocos se iguala.
Podemos começar calculando a variação de temperatura de cada bloco. Para o bloco 1, com temperatura inicial de 100°C, a variação de temperatura é ΔT = Tf - 100°C. Para o bloco 2, com temperatura inicial de 0°C, a variação de temperatura é ΔT = Tf - 0°C = Tf.
Como os dois blocos têm a mesma massa (2 kg) e o mesmo calor específico (0,1 kcal/kg°C), a quantidade de calor trocada entre eles é a mesma. Vamos chamar essa quantidade de calor de Q.
Podemos aplicar a fórmula Q = mcΔT para cada bloco:
Para o bloco 1: Q = 2 kg * 0,1 kcal/kg°C * (Tf - 100°C)
Para o bloco 2: Q = 2 kg * 0,1 kcal/kg°C * Tf
Como a quantidade de calor trocada é a mesma, podemos igualar as duas expressões:
2 kg * 0,1 kcal/kg°C * (Tf - 100°C) = 2 kg * 0,1 kcal/kg°C * Tf
Simplificando a equação, obtemos:
Tf - 100°C = Tf
Isso significa que a temperatura final Tf é igual a 50°C.
Agora, podemos calcular a quantidade de calor trocada:
Q = 2 kg * 0,1 kcal/kg°C * (50°C - 100°C) = 10 kcal
Portanto, a resposta correta é D) 10 kcal.
Essa quantidade de calor é trocada entre os dois blocos quando eles alcançam o equilíbrio térmico.
862) Uma haste metálica é composta de dois segmentos de mesmo tamanho e materiais diferentes, com coeficientes de dilatação lineares alpha_1 e alpha_2. Uma segunda haste, feita de um único material, tem o mesmo comprimento da primeira e coeficiente de dilatação alpha. Considere que ambas sofram o mesmo aumento de temperatura e tenham a mesma dilatação. Assim, é correto afirmar-se que
- A) alpha=(alpha_1+alpha_2)/2
- B) alpha=(alpha_1 cdot alpha_2)/(alpha_1+ alpha_2)
- C) alpha=(alpha_1+alpha_2)/(alpha_1 cdot alpha_2)
- D) alpha=alpha_1+alpha_2
A alternativa correta é letra A) alpha=(alpha_1+alpha_2)/2
Temos que tomar cuidado ao montar o que está acontecendo para não incorrermos em erros.
O que temos, é
Como a dilatação das duas foi igual, temos
Delta L_{alpha_1+alpha_2} = Delta L_{alpha}
L alpha_1 Delta T + L alpha_2 Delta T = 2 L alpha Delta T
Cuidado com os comprimentos da barra, pois uma está dividido meio a meio (L + L) e a outra é totalmente de um material (2L).
alpha_1 + alpha_2 = 2 alpha
alpha = dfrac{alpha_1 + alpha_2}{2}
Gabarito: LETRA A.
863) Muitas vezes observamos uma parede cair em um incêndio devido à dilatação da viga de concreto. Considerando que uma viga de 5m de comprimento à 20ºc fica sujeita a um incêndio que eleva a temperatura da viga para 1270ºc, qual será a variação do comprimento da viga se o coeficiente de dilatação linear do concreto for 1,2.10-5 /ºc?
- A) 2,5cm
- B) 5,00cm
- C) 7,5cm
- D) 7,62cm
- E) 15cm
A resposta para essa questão envolve o conceito de dilatação térmica, que é a variação do comprimento de um material devido à mudança de temperatura. Nesse caso, temos uma viga de concreto de 5m de comprimento que sofre um aumento de temperatura de 20°C para 1270°C.
Para calcular a variação do comprimento da viga, precisamos utilizar a fórmula de dilatação linear, que é dada por:
$$Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T$$Onde:
- $Delta L$ é a variação do comprimento;
- $alpha$ é o coeficiente de dilatação linear;
- $L_0$ é o comprimento inicial da viga;
- $Delta T$ é a variação de temperatura.
Substituindo os valores dados, temos:
$$Delta L = 1,2 cdot 10^{-5} cdot 5 cdot (1270 - 20) = 7,5 cm$$Portanto, a alternativa correta é a letra C) 7,5 cm.
Essa questão ilustra a importância de considerar a dilatação térmica em estruturas de concreto, especialmente em situações em que há variações significativas de temperatura. Isso pode evitar problemas estruturais e garantir a segurança da construção.
864) O uso da energia solar para cozimento remonta à segunda metade do século XVIII. Em 1767, o cientista suíço DeSaussure obteve temperaturas altas o suficiente para o cozimento de alimentos por meio da utilização de uma caixa isolada com várias camadas de vidro. Mouchot aprimorou essa ideia no século XIX, criando uma espécie de forno solar. Ele utilizou um refletor parabólico, para focalizar a radiação solar em um recipiente de cobre escurecido que continha água e estava inserido em um recipiente de vidro, conforme ilustrado na figura abaixo. Com esse mecanismo, Mouchot conseguiu ferver três litros de água em uma hora e meia.
Tendo como referência o texto e a figura acima, julgue o item a seguir.
No forno solar, a forma parabólica do refletor, permite, após a reflexão dos raios solares nas paredes desse refletor, a colimação dos raios solares em uma zona focal, a concentração da energia térmica nessa zona e o fornecimento das calorias para o aquecimento de alimentos.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
A resposta está correta porque a forma parabólica do refletor permite a reflexão dos raios solares nas paredes desse refletor, a colimação dos raios solares em uma zona focal, a concentração da energia térmica nessa zona e o fornecimento das calorias para o aquecimento de alimentos.
Isso ocorre porque a forma parabólica do refletor solar atua como uma lente, concentrando a radiação solar em um ponto focal, aumentando a temperatura nessa região. Dessa forma, o forno solar consegue fornecer as calorias necessárias para o cozimento de alimentos.
Além disso, a utilização de uma caixa isolada com várias camadas de vidro e um recipiente de cobre escurecido dentro de um recipiente de vidro, como ilustrado na figura, contribui para a concentração da energia térmica e o aumento da temperatura.
Portanto, a afirmação de que a forma parabólica do refletor permite a concentração da energia térmica e o fornecimento das calorias para o aquecimento de alimentos é verdadeira, tornando a alternativa A) Certo a resposta correta.
865) A figura abaixo ilustra o diagrama de fases do CO2.
De acordo com o diagrama, o CO2 estará em fase líquida se a temperatura e a pressão valerem, respectivamente,
- A) 350 K e 1.000 bar
- B) 210 K e 5.000 bar
- C) 250 K e 500 bar
- D) 300 K e 50 bar
- E) 250 K e 10 bar
A alternativa correta é letra C) 250 K e 500 bar
Observe o diagrama de fases do CO2 abaixo:
Para que o CO2 esteja em fase líquida, é necessário que a coordenada (K, P) esta compreendida dentro da área do diagrama correspondente à fase líquida.
O único par temperatura e pressão pertencente à região de fase líquida é o par 250 K e 500 bar.
Gabarito: C
866) Um chuveiro elétrico de 1.000 W aquece água de 15 oC a 35 oC.
Se o rendimento do chuveiro é de 84%, a vazão de água, em mL/s, vale
Dados: densidade da água = 1,0 {large{text{g} over text{mL}}}
calor específico = 4,2 {large{text{J} over text{g }^otext{C}}}
- A) 6
- B) 10
- C) 12
- D) 42
- E) 50
A alternativa correta é letra B) 10
Como o rendimento do chuveiro é de 84%, então a parcela de potência transferida para o aquecimento da água será:
P_a=0,84times1000=840W
Então, a energia de aquecimento da água pode ser escrita como:
P_aDelta{t}=V_aDelta{t}cdot Ccdot(35-15)
P_a=V_acdot Ccdot20
Onde V_a é a vazão de água.
840=V_acdot4,2cdot20
840=84V_a
boxed{V_a=10,mL/s}
Obs: Como o calor específico da água está em função da massa medida em gramas (g), a vazão será dada em militros (mL).
Gabarito: B
867) Em locais em que a temperatura ambiente, na escala Celsius, é negativa, pode-se formar, sobre lagos, uma camada de gelo.
O fato de, sob a camada de gelo, a água permanecer no estado líquido se deve, principalmente a(o)
- A) atividades geotérmicas no fundo desses lagos.
- B) comportamento anômalo da água.
- C) fato de o gelo ser um bom condutor de calor.
- D) sal presente na água que reduz o seu ponto de fusão.
- E) calor emitido pelos seres vivos presentes na água.
A alternativa correta é letra B) comportamento anômalo da água.
Devido ao comportamento anômalo das moléculas de água, a densidade dos cristais de gelo que se formam se torna menor do que a densidade da água.
Em virtude dessa diferença de densidade, as águas dos lagos e mares não se congelam completamente, pois forma-se uma camada de gelo menos densa que fica na superfície e cria um isolante térmico natural que faz com que a água abaixo dela permaneça na fase líquida. Isso salva a vida animal e vegetal dos lagos e mares.
Portanto, nossa alternativa correta é a letra B: "comportamento anômalo da água."
Gabarito: B
868) Em laboratório, foi medido o valor de 20 ohms para a resistência elétrica, à temperatura ambiente, de uma lâmpada incandescente de 60W/120V de filamento de tungstênio.
O valor aproximado da temperatura do filamento na potência nominal é, em oC,
Dado: coeficiente térmico da variação de resistividade do tungstênio = 4 x 10−3 oC−1
- A) 800
- B) 1.800
- C) 2.800
- D) 3.800
- E) 4.800
A alternativa correta é letra C) 2.800
Vejamos qual é o valor da resistência da lâmpada operando em potência nominal:
P=frac{U^2}{R}
R=frac{U^2}{P}
R=frac{120^2}{60}=240Omega
Logo, notamos que a resistência elétrica em operação normal aumenta. E qual é a relação da resistência com a tempetura? Vejamos:
R-R_o=R_oalpha(T-T_o)
240-20=20cdot4cdot10^{-3}cdot(T-20)
Observação: Vamos supor que a temperatura T_o do laboratório seja 20^oC.
T-20=2750
boxed{T=2770^oC}
Gabarito: C
869) No ensino de física é fundamental trabalhar os conceitos de calor e temperatura.
A respeito desses conceitos, considere as afirmativas.
I – Calor é energia, por esse motivo, microscopicamente, o calor contido em um corpo é definido como sendo a energia cinética mais a energia potencial de suas moléculas.
II – A temperatura de um corpo está ligada ao grau de agitação molecular, porque ela é proporcional ao valor médio da energia cinética das moléculas de um corpo.
III – Nas mudanças de estado físico, as trocas de calor ocorrem sempre à temperatura constante.
IV – Para que haja troca de calor entre dois corpos, é sempre necessário que esses corpos possuam temperaturas diferentes.
É correto APENAS o que se afirma em
- A) I e II
- B) I e III
- C) I e IV
- D) II e IV
- E) III e IV
A alternativa correta é letra D) II e IV
Vamos à análise das alternativas:
I – Calor é energia, por esse motivo, microscopicamente, o calor contido em um corpo é definido como sendo a energia cinética mais a energia potencial de suas moléculas. Falso.
O calor é definido como o grau de agitação térmicas das moléculas de uma substância.
II – A temperatura de um corpo está ligada ao grau de agitação molecular, porque ela é proporcional ao valor médio da energia cinética das moléculas de um corpo. Verdadeiro.
III – Nas mudanças de estado físico, as trocas de calor ocorrem sempre à temperatura constante. Falso.
Se estivermos aquecendo ou resfriando uma mistura, o ponto de fusão e o ponto de ebulição não terão valores determinados e constantes, ou seja, não se formarão em patamares fixos de temperatura.
As mudanças de estados físicos ocorrerão em faixas de temperatura, e não em um valor fixo. O ponto de fusão, por exemplo, começará em uma dada temperatura e terminará em outra, e o mesmo ocorrerá com o ponto de ebulição.
IV – Para que haja troca de calor entre dois corpos, é sempre necessário que esses corpos possuam temperaturas diferentes. Verdadeiro.
Gabarito: D
870) A resistência elétrica de um ebulidor de imersão que dissipa, a cada segundo, uma quantidade de calor necessária para manter água em ebulição é igual a frac{4,2mcΔθ}{i^2}, sendo m, c e Δθ, respectivamente, a massa, o calor específico e a variação de temperatura da água e i, a corrente elétrica que percorre o resistor, considerando-se 1cal igual a 4,2J.
- A) Certo
- B) Errado
A alternativa correta é letra A) Certo
A resistência elétrica de um ebulidor de imersão está diretamente relacionada à quantidade de calor dissipada por ele. Como o ebulidor dissipa uma quantidade de calor necessária para manter a água em ebulição, é possível relacionar a resistência elétrica à variação de temperatura da água.
Matematicamente, isso pode ser representado pela fórmula $frac{4,2mcΔθ}{i^2}$, onde $m$ é a massa da água, $c$ é o calor específico da água, $Δθ$ é a variação de temperatura da água e $i$ é a corrente elétrica que percorre o resistor.
Como o ebulidor dissipa uma quantidade de calor constante, é possível considerar que a resistência elétrica é constante. Além disso, como a variação de temperatura da água também é constante (já que a água está em ebulição), é possível concluir que a resistência elétrica do ebulidor é diretamente proporcional à corrente elétrica que percorre o resistor.
Portanto, a afirmativa que a resistência elétrica do ebulidor é igual a $frac{4,2mcΔθ}{i^2}$ é verdadeira, e a alternativa correta é letra A) Certo.