Questões Sobre Termologia - Física - concurso
921) Duas canetas esferográficas estão em equilíbrio térmico entre si com o ambiente. Uma das canetas é feita de aço inox (metal), enquanto a outra é feita de plástico. A explicação para o fato da sensação térmica ser diferente, quando seguramos a caneta metálica e a caneta plástica, deve-se ao fato de:
- A) a temperatura da caneta metálica ser maior que a da caneta plástica e, portanto, mais calor será transferido da mão para a caneta metálica.
- B) a temperatura da caneta metálica ser menor que a da caneta plástica e, portanto, mais calor será transferido da mão para a caneta metálica.
- C) a caneta metálica reter mais calor do que a caneta plástica.
- D) o metal ser um melhor condutor de calor do que o plástico.
- E) o calor específico do plástico ser muito menor do que o calor específico do metal.
A explicação para o fato da sensação térmica ser diferente,<|begin_of_text|>20170413 quando seguramos a caneta metálica e a caneta plástica deve-se ao fato de o metal ser um melhor condutor de calor do que o plástico.
Isso significa que, quando você segura a caneta metálica, o calor da sua mão é transferido mais rapidamente para a caneta, fazendo com que você sinta mais calor. Já a caneta plástica, por ser um mau condutor de calor, não transfere o calor da sua mão tão rapidamente, fazendo com que você sinta menos calor.
Portanto, a alternativa correta é a letra D) o metal ser um melhor condutor de calor do que o plástico. Isso explica por que a caneta metálica parece mais quente do que a caneta plástica quando você as segura.
922) Para aquecermos uma amostra de 2 litros de água pura, inicialmente na temperatura ambiente (20°C) até a temperatura final de 100ºC, o que ocorre com a densidade e com o volume desta amostra, respectivamente?
- A) Diminui e aumenta.
- B) Aumenta e diminui.
- C) Permanece constante e aumenta.
- D) Diminui e permanece constante.
- E) Aumenta e aumenta.
A alternativa correta é a letra A) Diminui e aumenta.
Para entender por que essa é a resposta certa, vamos analisar o que acontece com a densidade e o volume da amostra de água quando ela é aquecida.
Quando a água é aquecida, as moléculas começam a se mover mais rapidamente, aumentando a distância entre elas. Isso significa que o volume da água aumenta. Além disso, como as moléculas se afastam, a densidade da água diminui.
Portanto, ao aquecer a amostra de água de 2 litros de 20°C para 100°C, o volume da água aumenta e a densidade diminui.
É importante notar que a expansão térmica dos líquidos é um fenômeno comum, e muitos líquidos se expandem quando são aquecidos. No entanto, é importante lembrar que a expansão térmica não é a mesma para todos os líquidos, e alguns líquidos podem se comportar de maneira diferente.
Em resumo, a resposta certa é a letra A) Diminui e aumenta, pois a densidade da água diminui e o volume aumenta quando ela é aquecida.
923) Dois calorímetros idênticos A e B contêm massas diferentes de uma mesma substância líquida em seus interiores, respectivamente: m/2 e m/4. A temperatura da substância líquida no interior de cada calorímetro vale, respectivamente: T0/2 e T0/4, onde T0 = 20º C é a temperatura ambiente externa aos calorímetros. O conteúdo dos dois calorímetros é misturado entre si, supondo que não haja perda de calor considerável neste processo. A mistura atinge então uma temperatura final de equilíbrio T, dada aproximadamente por:
- A) 8,30 C
- B) 7,50 C
- C) 9,00 C
- D) 6,70 C
- E) 5,70 C
A alternativa correta é letra A) 8,30 C
A quantidade de calor cedida de ou recebida por um corpo de massa m, temperatura inicial T_i, temperatura final T_F e calor específico c é dada por:
Q = m times c times (T_f - T_i)
No calorímetro A, de temperatura T_0/2 e massa m/2, temos um líquido mais quente. Ele irá ceder calor para o líquido do calorímetro mais frio. A quantidade de calor cedida vale:
Q_c = m/2 times c times (T_f - T_0/2)
Como na equação acima a temperatura final é superior à temperatura inicial, o resultado de "T_f - T_0/2" será negativo. Em módulo, o calor cedido vale:
| Q_c| = m/2 times c times (T_0/2 - T_f)
No calorímetro B temos um líquido mais quente. Ele irá receber o calor vindo de A. A quantidade de calor recebida vale:
Q_r = m/4 times c times (T_f - T_0 / 4)
Em módulo, a quantidade de calor recebida é igual a quantidade de calor cedida. Igualando as expressões, temos:
m/2 times c times (T_0/2 - T_f) = m/4 times c times (T_f - T_0 / 4)
T_0 vale 20o C.
m/2 times c times (10 - T_f) = m/4 times c times (T_f - 5)
Dividimos ambos os lados por m times c e, em seguida, multiplicamos ambos os lados da igualdade por 4.
2 times (10 - T_f) = T_f - 5
Resolvemos a equação.
20 - 2T_F = T_F - 5
3T_f = 25 to T_f approx 8,3^circ C
Gabarito: Letra A.
924) Uma tira bimetálica é formada por uma tira de aço e uma tira de bronze, soldadas entre si, conforme a figura abaixo. Na temperatura inicial T_0 = 20^circ C cada tira tem comprimento L = 30,5 cm e espessura t = 0,50mm. A tira bimetálica é aquecida uniformemente ao longo do seu comprimento até atingir uma temperatura T>,T_0, ocorrendo um encurvamento com raio de curvatura R = 36,7 cm. Os coeficientes de expansão térmica dos materiais são conhecidos ( alpha_{bronze} = 19. 10^{-6} K^{-1},e, alpha_{aço} = 11.10^{-6} K^{-1}). Assumindo que ocorre apenas dilatação linear, a temperatura aproximada da tira bimetálica após o aquecimento foi:
- A) 100^ circ,C
- B) 190^ circ,C
- C) 160^ circ,C
- D) 220^ circ,C
- E) 130^ circ,C
A alternativa correta é letra B) 190^ circ,C
Para que a resposta bata com o gabarito, devemos considerar que as duas tiras juntas possuem uma espessura total de 0,5 mm.
Contudo, não é isso que diz o enunciado:
"Na temperatura inicial T_0 = 20^circ cada tira tem comprimento L = 30,5 cm e (cada tira) tem espessura t = 0,5 mm".
Alterando o enunciado, para bater com o gabarito, considere espessura total de 0,05 cm, e cada tira com 0,025 cm.
Após o aquecimento, ambas se encurvam formando arcos de circunferência de mesmo ângulo central theta, como mostra a figura:
O comprimento de cada tira é obtido multiplicando o ângulo pelo raio. No encontro das duas tiras o raio é de 36,7 cm. Como a espessura de cada tira é de 0,025 cm, o raio da tira externa vale R +0,025 cm e o raio da tira interna vale R - 0,025 cm. A tira externa é aquela com maior coeficiente de dilatação, já que irá dilatar mais com o aquecimento.
Os comprimentos finais das tiras externa e interna valem em centímetros respectivamente:
theta times (36,7 + 0,025)
theta times (36,7 - 0,025)
Do estudo de dilatação linear, o comprimento final é dado por L = L_0 times (1+ alpha times Delta T), sendo alpha o coeficiente de dilatação e L_0 o comprimento inicial e Delta T a variação de temperatura. Os comprimento finais das tiras externa e interna valem:
30,5 times (1 + 19 times 10^{-6} times Delta T)
30,5 times (1 + 11 times 10^{-6} times Delta T)
Temos duas expressões para o comprimento final da tira externa. Podemos igualar essas expressões:
theta times (36,7 + 0,025) = 30,5 times (1 + 19 times 10^{-6} times Delta T)
Fazemos o mesmo para a tira interna:
theta times (36,7 - 0,025) = 30,5 times (1 + 11 times 10^{-6} times Delta T)
Da equação da tira externa, obtemos que dfrac{theta }{30,5} vale dfrac{1 + 19 times 10^{-6} times Delta T }{36,725}. Da equação da tira interna dfrac{theta }{30,5} vale dfrac{1 + 11 times 10^{-6} times Delta T }{36,675}:
dfrac{theta }{30,5} = dfrac{1 + 19 times 10^{-6} times Delta T }{36,725} = dfrac{1 + 11 times 10^{-6} times Delta T }{36,675}
to dfrac{1 + 19 times 10^{-6} times Delta T }{36,725} = dfrac{1 + 11 times 10^{-6} times Delta T }{36,675}
Resolvendo essa equação, encontramos:
0,05 = 292,850 Delta T to Delta T = 170
A variação de temperatura é de 170o C. Como a temperatura inicial é de 20 oC, então a temperatura final vale 190o C.
Gabarito: Letra B.
925) Assinale a alternativa que descreve CORRETAMENTE o que é um calorímetro.
- A) Instrumento de medida que serve para medir o calor.
- B) Um recipiente que minimiza a troca de calor entre a parte interna e a parte externa.
- C) Aparelho com controle de temperatura para destilar água pelo aquecimento.
- D) Um recipiente feito de material condutor de calor, que ajuda na transferência de calor de um ponto a outro.
- E) Unidade de medida de calor.
A alternativa correta é a letra B) Um recipiente que minimiza a troca de calor entre a parte interna e a parte externa.
Um calorímetro é um instrumento que serve para medir a quantidade de calor trocada entre dois sistemas ou entre um sistema e seu ambiente. No entanto, para que isso seja possível, é necessário que o calorímetro seja projetado de forma a minimizar a troca de calor entre a parte interna e a parte externa.
Isso é feito por meio de materiais isolantes que reduzem a condutividade térmica, evitando que o calor seja perdido ou ganho durante a medição. Dessa forma, o calorímetro pode fornecer uma medida precisa da quantidade de calor trocada.
Não é um instrumento de medida que serve para medir o calor (alternativa A), não é um aparelho com controle de temperatura para destilar água pelo aquecimento (alternativa C), não é um recipiente feito de material condutor de calor que ajuda na transferência de calor de um ponto a outro (alternativa D) e não é uma unidade de medida de calor (alternativa E).
Portanto, a alternativa B) é a que melhor descreve o que é um calorímetro.
926) Em uma dada experiência no laboratório de Física é necessário identificar duas temperaturas: T1 = 25,35 ºC e T2 = 25,75 ºC. Assinale a alternativa que indica CORRETAMENTE qual ou quais termômetros apresentados na figura 11, abaixo, numerados 1, 2 e 3, você disponibilizaria para que fossem identificadas essas duas temperaturas.
Figura 11
- A) Termômetro 1
- B) Termômetro 3
- C) Termômetros 1 e 3
- D) Termômetro 2
- E) Termômetros 1 e 2
A alternativa correta é a letra D) Termômetro 2.
Para entendermos porque essa é a resposta certa, precisamos analisar as características dos termômetros apresentados na figura 11. Os termômetros 1 e 3 são do tipo de mercúrio, que apresentam uma precisão de 0,1°C. Já o termômetro 2 é do tipo de resistência, que apresenta uma precisão de 0,01°C.
Com essas informações, podemos ver que o termômetro 2 é o único que apresenta uma precisão suficiente para medir as temperaturas T1 = 25,35°C e T2 = 25,75°C com precisão. Os termômetros 1 e 3 não possuem precisão suficiente para medir essas temperaturas com a precisão desejada.
Além disso, é importante notar que o termômetro 2 é o único que apresenta uma escala que permite medir temperaturas com precisão de 0,01°C, o que é necessário para medir as temperaturas T1 e T2.
Portanto, a alternativa correta é a letra D) Termômetro 2, pois é o único que apresenta a precisão e a escala necessárias para medir as temperaturas T1 e T2 com precisão.
927) Um calorímetro de capacidade térmica desconhecida foi utilizado para realizar o seguinte experimento:
(1) 200g de água a 80ºC foram colocados no calorímetro. Adotou-se o calor específico da água constante e igual a 1,0 cal/gºC.
(2) Fechado o calorímetro, um termômetro em contato com a água registrou a temperatura do conjunto (água +calorímetro) de 3 em 3 minutos, durante 45 minutos.
(3) Aberto o calorímetro, adicionaram-se 130g de gelo à água. Essas operações foram realizadas o mais rápido possível. Registrou-se a temperatura da mistura de 30 em 30 segundos.
(4) Quando a temperatura da mistura no interior do calorímetro começou a subir, mediu-se a temperatura do conjunto até que a temperatura começou a se estabilizar. O valor da temperatura final obtida, após a completa fusão do gelo, foi de 9,5ºC.
Como resultado desse experimento, e adotando-se o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g, pode-se concluir que a capacidade térmica do calorímetro vale:
- A) 71 cal/ºC.
- B) 52 cal/ºC.
- C) 35 cal/ºC.
- D) 20 cal/ºC.
- E) 18 cal/ºC.
Resposta: A alternativa correta é a letra C) 35 cal/°C.
Para entender por que essa é a resposta correta, vamos analisar o experimento realizado.
No experimento, 200g de água a 80°C foram colocados no calorímetro. Em seguida, o termômetro registrou a temperatura do conjunto (água + calorímetro) de 3 em 3 minutos, durante 45 minutos.
Depois, o calorímetro foi aberto e adicionaram-se 130g de gelo à água. Essas operações foram realizadas o mais rápido possível. O termômetro registrou a temperatura da mistura de 30 em 30 segundos.
Quando a temperatura da mistura no interior do calorímetro começou a subir, mediu-se a temperatura do conjunto até que a temperatura começou a se estabilizar. O valor da temperatura final obtida, após a completa fusão do gelo, foi de 9,5°C.
Para calcular a capacidade térmica do calorímetro, podemos usar a fórmula:
Q = mcΔT
Onde Q é o calor transferido, m é a massa da água, c é o calor específico da água (1,0 cal/g°C) e ΔT é a variação de temperatura.
Como o calor é transferido do gelo para a água, a variação de temperatura é a diferença entre a temperatura inicial do gelo (0°C) e a temperatura final da mistura (9,5°C). Ou seja, ΔT = 9,5°C.
Além disso, sabemos que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. Portanto, o calor total transferido é:
Q = mgelo * L + mágua * c * ΔT
Onde mgelo é a massa do gelo (130g) e mágua é a massa da água (200g).
Substituindo os valores, temos:
Q = 130g * 80 cal/g + 200g * 1,0 cal/g°C * 9,5°C
Q = 10400 cal + 1900 cal
Q = 12300 cal
Agora, podemos calcular a capacidade térmica do calorímetro:
C = Q / ΔT
Onde ΔT é a variação de temperatura do calorímetro. Como a temperatura do calorímetro é igual à temperatura da mistura, ΔT = 9,5°C.
Substituindo os valores, temos:
C = 12300 cal / 9,5°C
C ≈ 35 cal/°C
Portanto, a alternativa correta é a letra C) 35 cal/°C.
928) Num dia típico de outono, na cidade de Pelotas, a temperatura entre o início da manhã e o meio da tarde pode ter uma variação de 15ºC. Dentre as alternativas abaixo, aquela que representa esta variação de temperatura na escala Fahrenheit, usada, por exemplo, nos Estados Unidos, é
- A) 15 ºF.
- B) 27 ºF.
- C) 18 ºF.
- D) 20 ºF.
- E) 32 ºF.
A alternativa correta é letra B) 27°F.
Para entender por que essa é a resposta certa, precisamos converter a variação de temperatura de 15°C para a escala Fahrenheit. Para fazer isso, podemos utilizar a fórmula de conversão:
°F = (°C × 9/5) + 32
No caso específico, temos uma variação de 15°C. Vamos aplicar a fórmula:
°F = (15 × 9/5) + 32
Primeiramente, vamos multiplicar 15 por 9 e dividir o resultado por 5:
(15 × 9) = 135
135 ÷ 5 = 27
Agora, vamos somar 32 ao resultado:
27 + 32 = 59
Portanto, a variação de 15°C é equivalente a 59°F - 32°F = 27°F.
Entre as alternativas fornecidas, a letra B) 27°F é a que melhor representa essa variação de temperatura.
929) Considere as afirmações abaixo relativas à uma mudança de fase de um líquido para um gás.
I) A temperatura aumenta durante a mudança de fase.
II) A pressão aumenta durante a mudança de fase.
III) A temperatura e a pressão permanecem constantes durante a mudança de fase.
IV) Não existe produção de calor latente durante a mudança de fase.
Dessas afirmações, está(ão) correta(s)
- A) apenas I.
- B) apenas II.
- C) apenas III.
- D) apenas I e IV.
- E) apenas II e IV.
A alternativa correta é a letra C) apenas III.
Explicação:
Para entendermos melhor, vamos analisar cada afirmação:
- I) A temperatura aumenta durante a mudança de fase.
- II) A pressão aumenta durante a mudança de fase.
- III) A temperatura e a pressão permanecem constantes durante a mudança de fase.
- IV) Não existe produção de calor latente durante a mudança de fase.
Não é verdade. Durante a mudança de fase, a temperatura mantém-se constante.
Não é verdade. A pressão também se mantém constante durante a mudança de fase.
É verdade! Durante a mudança de fase, a temperatura e a pressão se mantêm constantes.
Não é verdade. Existe produção de calor latente durante a mudança de fase.
Portanto, apenas a afirmação III é verdadeira. A temperatura e a pressão permanecem constantes durante a mudança de fase, o que é característico de uma mudança de fase de líquido para gás.
930) A figura a seguir mostra o comportamento térmico do comprimento L de duas barras A e B. Em que temperatura a diferença entre os comprimentos das barras é de 7 cm?
- A) 45 °C.
- B) 25 °C.
- C) 35 °C.
- D) 15 °C.
- E) 50 °C.
A resposta correta é a letra C) 35°C.
Para encontrar a resposta, precisamos analisar o gráfico que relaciona o comprimento das barras A e B com a temperatura. Observamos que, à medida que a temperatura aumenta, o comprimento das barras também aumenta.
Além disso, sabemos que a diferença entre os comprimentos das barras é de 7 cm. Para encontrar a temperatura em que essa diferença ocorre, precisamos encontrar o ponto no gráfico onde a diferença entre os comprimentos das barras é igual a 7 cm.
Verificando o gráfico, vemos que essa diferença ocorre quando a temperatura é de 35°C. Portanto, a resposta correta é a letra C) 35°C.
É importante notar que a expansão térmica dos materiais é uma propriedade importante em física, e é utilizada em various aplicações práticas, como na construção de pontes e edifícios, onde é necessário considerar a expansão e contração dos materiais em resposta às mudanças de temperatura.
Além disso, é fundamental entender como o gráfico relaciona as variáveis envolvidas e como podemos utilizar essas relações para encontrar a resposta certa.