Questões Sobre Termologia - Física - concurso
901) A emissão de calor por radiação segue a Lei de Stephan-Boltzmann e é da forma P = ε × A × σ ×T4, onde ε é emissividade do corpo, σ, a constante de Stephan-Boltzmann, e A a área do corpo emissor. A figura apresenta um gráfico da potência P, emitida por radiação, em função da temperatura para um dado corpo.
Dados: ε = 1/3
σ = 6,0×10−8 W/m2K4
A área do corpo emissor, em m2, é
- A) 25,0
- B) 20,0
- C) 2,5
- D) 2,0
- E) 0,3
A alternativa correta é letra C) 2,5
Pessoal, precisamos apenas olhar o gráfico e substituir os valores,
Vou utilizar a temperatura máxima pois justo ali temos um ponto com bom "encaixe" no gráfico.
T = 10 , K
Agora, para a potência, reparem que temos a ordem de 10 elevado a -4. Porém, temos 4 linhas acima do valor de 4 x 10-4, o que nos retorna 5 x 10-4.
P = ( 1 + 4 ) times 10^{-4} , W
Logo,
P = epsilon times A times S times T^4
Isolando A,
A = dfrac{5 times 10^{-4} } {6 times 10^{-8} times dfrac{1}{3} times 10^{4}} = 2,5 , m^2
Gabarito: LETRA C.
902) Pode-se escrever a potência irradiada por unidade de área para um sistema a uma temperatura T como sendo I = σ ε T4. Duas placas paralelas, de área A = 1/5,7 = 0,175 m2, estão separadas por uma distância pequena onde existe vácuo. Uma das placas se encontra a uma temperatura T1 = 200 K, e a outra a T2 = 300 K.
Qual é, em W, o fluxo líquido de calor da placa quente para a placa fria por radiação?
Dados
ε = 1 para as duas placas
Constante de Wien σ = 5,7 x 10−8 W/(m2 K4)
- A) 300
- B) 200
- C) 157
- D) 100
- E) 65
A alternativa correta é letra E) 65
Gabarito: LETRA E.
Como o enunciado menciona, a potência irradiada, que no caso da questão é o fluxo de calor, por unidade de área pode ser calculado usando a lei de Stefan-Boltzmann:
I = dfrac {dot Q}A = sigma varepsilon T^4
Assim, podemos escrever:
dot Q = Asigma varepsilon T^4
Dessa forma, o fluxo de calor líquido entre as placas é dado pela diferença nas potências irradiadas pelas duas placas:
dot Q_{liq} = dot Q_2 - dot Q_1
Como as placas possuem a mesma área A, temos:
dot Q_{liq} = Asigma varepsilon {T_2}^4 - Asigma varepsilon {T_1}^4
dot Q_{liq} = Asigma varepsilon left( {T_2}^4 - {T_1}^4 right)
Substituindo os valores do enunciado, temos:
dot Q_{liq} = 0,175 cancel{m^2} cdot 5,7 times 10^{-8} dfrac { W }{ cancel{m^2} cdot cancel{K^4} } cdot 1 cdot left( 300^4 cancel{K^4} - 200^4 cancel{K^4}right)
dot Q_{liq} approx 64,8 , W
Portanto, a resposta correta é a alternativa (e) 65.
903) As temperaturas das superfícies interna e externa da parede ilustrada na figura abaixo são 15 ºC e 2 ºC, respectivamente. Essa parede possui 2 m de altura (H), 4 m de largura (L), 0,4 m de espessura (E) e condutividade térmica de 1 W/m. ºC.
Nesse caso, a resistência térmica da parede contra a condução de calor, em ºC/W, vale
- A) 0,05
- B) 0,12
- C) 1,60
- D) 20,80
- E) 260,00
A alternativa correta é letra A) 0,05
Gabarito: LETRA A.
A resistência térmica (R) é uma medida da oposição de um material ao fluxo de calor. Ela descreve a dificuldade que o calor encontra ao passar através de um material ou sistema, sendo análoga à resistência elétrica no contexto da condução de calor.
Matematicamente, a resistência térmica é dada por:
R = dfrac{Delta T}{ Phi } tag 1
Onde Delta T é a diferença de temperatura entre os lados opostos do material ou sistema e Phi é o fluxo de calor através do material ou sistema.
O fluxo de calor (Phi) é dado pela lei de Fourier:
Phi = dfrac {k A Delta T}{ ell }
Onde k é a condutividade térmica do material, A é a área da seção transversal Delta T é a diferença de temperatura entre as regiões separadas pelo material e ell é a espessura do material.
Assim, substituindo Phi na equação (1), temos:
R = dfrac{ cancel{Delta T} }{ dfrac {k A cancel{Delta T} }{ ell } }
R = dfrac{ ell }{ kA }
Da figura do enunciado, temos que ell = E e A = H cdot L. Assim, temos:
R = dfrac{ E }{ kcdot H cdot L }
Substituindo os valores, temos:
R = dfrac{ 0,4 cancel m }{ 1 dfrac { W } { cancel m cdot °C } cdot 2 cancel m cdot 4 cancel m }
R = 0,05 , °C/W
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a) 0,05.
904) A grande maioria de fungos, vírus e bactérias são eliminadas quando submetidos por alguns minutos à temperatura de 100ºC. Visando preservar a saúde de seus filhos e baseados nesse conhecimento, os pais costumam colocar as mamadeiras em água fervente por pelo menos 15 minutos para esterilizá-las.
Em La Paz (capital da Bolívia), cuja altitude é de aproximadamente 3.640 m, no entanto, essa prática é desaconselhada.
A explicação científica para essa recomendação é:
- A) Em grande altitude, a pressão atmosférica é maior e a água ferve a uma temperatura muito abaixo de 100ºC.
- B) Em grande altitude, a pressão atmosférica é menor e a água ferve a uma temperatura muito acima de 100ºC.
- C) Em grande altitude, a pressão atmosférica é menor e a água ferve a uma temperatura muito abaixo de 100ºC.
- D) Em grande altitude, a pressão atmosférica é maior e a água ferve a uma temperatura muito acima de 100ºC.
A alternativa correta é letra C) Em grande altitude, a pressão atmosférica é menor e a água ferve a uma temperatura muito abaixo de 100ºC.
Altitudes elevadas (em relação ao nível do mar) apresentam menor pressão atmosférica. A ideia básica para entender isso é considerar que o tamanho da coluna de ar acima de nossas cabeças seria menor em maiores altitudes.
Assim, podemos concluir que a pressão atmosférica será menor em La Paz.
Quando estamos em uma pressão menor, as forças externas que mantém as moléculas de um líquido juntas é menor. Por isso, a agitação necessária para que as moléculas se libertem do vínculo com as demais passa a ser menor. Ou seja, em menores pressões, a temperatura de ebulição da água é menor que 100^o C.
A resposta, portanto, é o item c.
OBSERVAÇÃO:
O gráfico que representa a variação dos pontos de ebulição e congelamento de uma substância qualquer é representado pelo seguinte gráfico:
905) Uma máquina utiliza glicerina como lubrificante. A temperatura e a pressão de trabalho da glicerina são constantes e valem 100,00 °C e 1,0 atm.
Nessas condições, qual é, aproximadamente, a densidade da glicerina em g.cm3?
Dados
Densidade da glicerina a 20,00 °C e a 1,0 atm =1,250 g.cm−3
Coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina = 5,000 x 10−4 °C−1
- A) 1,140
- B) 1,160
- C) 1,180
- D) 1,200
- E) 1,300
ESTA QUESTÃO FOI ANULADA, NÃO POSSUI ALTERNATIVA CORRETA
Pessoal, precisamos aplicar
Delta L = L_0 alpha Delta T
Como temos a densidade, temos que escrever em função dela,
Delta L = dfrac{m}{rho} times alpha times Delta T
Delta L = dfrac{m}{1,25} times 5,0 times 10^{-4} times 80
Delta L = 0,032 m
Agora, para a nova densidade,
rho' = dfrac{m}{L}
rho' = dfrac{m}{L_0 + 0,032 m}
rho' = dfrac{m}{m/1,25 + 0,032 m}
rho'= 1,20
Gabarito: LETRA D.
A questão, no entanto, foi anulada,
Gabarito: ANULADA.
906) Dois corpos apresentam temperaturas T1 e T2 e massas m1 e m2. Ambos estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo que apresenta temperatura T3 e massa m3.
Se m3 > m2> m1, a relação entre as três temperaturas (T1, T2 e T3) é
- A) T1 = T2 = T3
- B) T1 > T2 > T3
- C) T3 > T2 > T1
- D) T1 = T2 e T1 < T3
- E) T1 = T2 e T1 > T3
A alternativa correta é letra A) T1 = T2 = T3
Questão simples que tenta confundir o candidato com o conceito de "equilíbrio térmico" ao fornecer a relação entre as massas.
Pessoal, equilíbrio térmico significa que não há fluxo de calor entre eles.
Isso significa que as temperaturas entre eles são iguais, independentemente de um ter 1 kg e o outro 10.000 kg.
Logo, temos que a temperatura 1 2 e 3 são iguais.
Sem maiores comentários,
Gabarito: LETRA A.
907) Em termologia, capacidade térmica é a quantidade de calor sensível que é necessária para que a temperatura de um corpo aumente 1K sem sofrer transição de fase.
Se um corpo possui capacidade térmica C e temperatura T, e recebe Q em calor, sem ocorrer transição de fase, qual será sua temperatura final?
- A) QC − T
- B) Q/C + T
- C) C + QT
- D) T/Q + C
- E) Q + T + C
A alternativa correta é letra B) Q/C + T
Pessoal, a questão basicamente quer que saibamos reorganizar a fórmula "Q MACETE".
Q = m c Delta T
Q =C (T_F - T_i)
T_F = dfrac{Q}{C} + T_i
Gabarito: LETRA B.
908) Um corpo com massa m = 1 kg é arremessado a uma altura de 1 metro, atingindo o chão com uma velocidade v = 20 m/s.
Se toda a sua energia cinética for convertida em energia térmica no momento da colisão com o chão, qual será, em K, a sua variação em temperatura (ΔT)?
Dado
Capacidade térmica do corpo = 4JK−1
- A) 100
- B) 80
- C) 50
- D) 8
- E) 2.5
A alternativa correta é letra C) 50
Pessoal, sequer precisamos utilizar a altura visto que para energia cinética precisamos apenas da velocidade.
E_C = dfrac{mv^2}{2}
E_C = dfrac{20^2}{2} = 200 , J
Agora, para sabermos a variação de temperatura,
Q = m c Delta T
200 = 4 times Delta T
Delta T = 50
Pessoal, como temos a variação de temperatura, é indiferente estar em Kelvin ou Celsius.
Gabarito: LETRA C.
909) Dilatação linear aplica-se apenas a corpos sólidos e se assume que esses corpos sofrem, em resposta a uma variação em sua temperatura, uma expansão ou retração em uma dimensão apenas.
Se o comprimento inicial de um corpo for de 300 m e se ele for aquecido de modo a causar um aumento de 250 K em sua temperatura, qual será, em m, seu comprimento final?
Dado
Coeficiente de dilatação linear do corpo = 2.10−3
- A) 450
- B) 315
- C) 301,5
- D) 300
- E) 150
A alternativa correta é letra A) 450
Pessoal, aplicação direta da relação
Delta L = L_0 alpha Delta T
Em questões assim atentar a unidade.
Delta L = 300 times 2 times 10^{-3} times 250
Delta L = 150 , m
Olha só que legal uma das alternativas induzindo ao erro.
Como a questão quer o comprimento final.
L_f - L_0 = 150
L_f = 150 + 300 = 450 , m
Gabarito: LETRA A.
910)
A figura ilustra uma transformação de 1.000 mols de um gás ideal que recebe do meio externo uma quantidade de calor igual a 22 x 105 J. No estado B, a temperatura do gás é igual a 362 K.
Na transformação apresentada na figura, a quantidade de trabalho realizado e a variação da energia interna deste gás, expressas em 105 J, são, respectivamente,
Dado
Constante universal dos gases = 8,31 J/(mol.K)
- A) 10 e 12
- B) –10 e 32
- C) 6 e 16
- D) –14 e 8
- E) 14 e 8
A alternativa correta é letra E) 14 e 8
Pessoal, pela fórmula dos gases ideais encontramos o segundo volume.
P V = n R T
5 times 10^5 V_B = 1.000 times 8,31 times 362
V_B = 6,02 , m^3
Agora, para calcularmos o trabalho, basta calcularmos a área do gráfico
W = dfrac{(5-2)}{2} times 4,02 + 2 times 4,02
W = 14,07 , J
Temos 10 elevada a quinta potência no valor, mas a questão omitiu nas alternativas.
Pessoal, como ela quer o trabalho realizado pelo gás então este é positivo (se expandiu).
A variação de energia interna por sua vez
Delta U = Q - W
Delta U = 22 - 14 = 8 , J
Gabarito: LETRA E.