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.
Questão 864
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.
Questão 865
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.
- 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.
- 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.
- 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) 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.