Questões Sobre Termologia - Física - concurso
931) Uma chaleira é colocada no fogão para que uma dada quantidade de água, que inicialmente se encontrava a 20 C, ferva. Se a taxa de aquecimento for constante (fluxo de calor constante), o gráfico que melhor representa a variação da temperatura da água como função do tempo, até sua total ebulição, é
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra A)
Como se encontrava inicialmente a 20°C, a água receberá calor e irá aumentar a sua temperatura, estando no estado líquido, até chegar a 100°C. Como a taxa de aquecimento é constante, a temperatura se eleva linearmente e o gráfico que melhor representa a variação da temperatura da água como função do tempo até 100°C tem a seguinte forma:
Após alcançar 100°C, o calor absorvido é responsável pela mudança de estado da água, do líquido para o gasoso. Durante a fervura, a temperatura da água se mantém em 100°C. Logo, o restante do gráfico é uma reta horizontal, como nos mostra a figura a seguir:
Portanto, a resposta correta é a alternativa (A).
932) Um recipiente com água a 10 C é colocado sobre uma fonte de calor constante e, passados 5 minutos, a água atinge 100 C. Contando o tempo a partir do momento em que a água ferve, quanto tempo demorará para que toda a água evapore? Desconsidere quaisquer perdas de calor para o meio ambiente e o recipiente.
Dados: calor específico da água 1,0 cal (g C) e calor de vaporização da água 540 cal/g
- A) 5 minutos.
- B) 10 minutos.
- C) 12 minutos.
- D) 15 minutos.
- E) 30 minutos.
A alternativa correta é letra E) 30 minutos.
Vamos dividir a situação descrita no enunciado em duas etapas. Na etapa 1, uma quantidade de calor Q_1 é fornecida pela fonte de calor constante para aquecer de 10°C a 100°C uma massa m de água. Então, temos que:
Q_{1} = mc Delta theta
Substituindo-se c = 1 , cal/g°C e Delta theta = theta_{final} - theta_{inicial} = 100°C - 10°C, temos que:
Q_{1} = m cdot 1 cdot left( 100 - 10 right)
Q_{1} = 90 m , cal
Com isso, podemos calcular o valor da potência da fonte de calor da seguinte maneira:
P = dfrac { Q_1 } { Delta t_1 }
Logo,
P = dfrac { 90 m , cal } { 5 , min }
P = 18m , cal / min
Na etapa 2, uma quantidade de calor Q_2 é fornecida para evaporar a água. Então, temos que:
Q_2 = m L
Q_2 = m cdot 540
Como a fonte de calor é constante, podemos escrever:
P = dfrac { Q_2 } { Delta t_2 }
Logo,
18 cancel m = dfrac { 540 cancel m } { Delta t_2 }
Delta t_2 = dfrac { 540 } { 18 }
Delta t_2 = 30 , min
Portanto, a resposta correta é a alternativa (E).
933) Quanto às coeficientes de dilatação térmicos α (linear), β (superficial) e γ (volumétrico), é correto afirmar que a relação entre ele é:
- A) {large{alpha over 1}}={large{beta over2}}={large{γ over 2}}
- B) {large{alpha over 1}}={large{beta over3}}={large{γ over 3}}
- C) {large{alpha over 3}}={large{beta over2}}={large{γ over 1}}
- D) {large{alpha over 1}}={large{beta over2}}={large{γ over 3}}
A alternativa correta é letra D) {large{alpha over 1}}={large{beta over2}}={large{γ over 3}}
A dilatação térmica é um fenômeno físico que ocorre quando há uma variação nas dimensões de um determinado corpo devido a uma variação de temperatura. Essa dilatação pode ser linear, superficial ou volumétrica.
Na dilatação térmica linear, a variação mais significativa sofrida pelo corpo envolve apenas uma dimensão, que é o comprimento. Por exemplo, a dilatação térmica em um fio ocorre mais significativamente em seu comprimento do que em outras dimensões. Sendo alpha o coeficiente de dilatação linear, a variação do comprimento é dada por:
Delta L = L_0 alpha Delta theta
Onde L_0 é o comprimento inicial e Delta theta é a variação da temperatura.
A dilatação superficial envolve a variação das dimensões de uma superfície, como em uma chapa de metal fina. A variação da área superficial é dada por:
Delta S = S_0 beta Delta theta
Onde S_0 é a área inicial da superfície e beta é o coeficiente de dilatação superficial, sendo que beta = 2 alpha. Então, temos que:
alpha = dfrac { beta } { 2 }
Já a dilatação volumétrica ocorre quando as três dimensões do corpo sofrem grandes variações, podendo ocorrer em sólidos e líquidos. A variação volumétrica é dada por:
Delta V = V_0 gamma Delta theta
Onde V_0 é o volume inicial e gamma é o coeficiente de dilatação volumétrica, sendo que gamma = 3 alpha. Assim, temos que:
alpha = dfrac { beta } { 2 } = dfrac { gamma } { 3 }
Portanto, a resposta correta é a alternativa (D).
934) A Primeira Lei da Termodinâmica enuncia a conservação:
- A) Da massa.
- B) Da energia.
- C) Do volume.
- D) De movimento.
A alternativa correta é letra B) Da energia.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, ao receber calor, um gás pode realizar trabalho e aumentar sua energia interna, o que pode ser matematicamente expresso da seguinte forma:
Q = W + Delta U
Onde Q é o calor recebido, W é o trabalho realizado pelo gás e Delta U é a variação da energia interna do gás. Dessa forma, a primeira lei da termodinâmica enuncia a conservação de energia, visto que, devido à equivalência entre calor e trabalho, a energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna, ou seja:
Delta U = Q - W
Essa relação estabelece que a energia de um sistema isolado permanece constante, pois o sistema apenas pode armazená-la ou transferi-la ou ambas, não podendo consumir ou criar energia.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
935) 1 cal é?
- A) A quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 10 g de água de 14,5ºC a 15,5ºC.
- B) A quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 1 g de água de 14,5ºC a 15,5ºC.
- C) A quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 1 g de água de 14,5ºC a 24,5ºC.
- D) A quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 10 g de água de 14,5ºC a 24,5ºC.
A alternativa correta é letra B) A quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 1 g de água de 14,5ºC a 15,5ºC.
A questão trata da quantidade de calor sensível necessária para aquecer uma determinada massa de água a uma determinada variação de temperatura. Para resolver essa questão, devemos lembrar que a água possui um calor específico igual a 1 cal/g°C. Isso significa que 1 cal é a quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 g de água em 1°C. Então, podemos afirmar que 1 cal é a quantidade de calor necessária para aquecer sob pressão normal, 1 g de água de 14,5ºC a 15,5ºC.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (B).
936) Um proprietário de posto de combustível da região Sul, usando seus conhecimentos de Física, resolveu adotar um procedimento para ganhar um dinheiro extra. Sabedor que as bombas de combustível medem volume de líquido, e não massa, ele construiu um tanque subterrâneo extra, de capacidade 55.000 litros. Ele esperou a chegada de um inverno rigoroso e comprou da distribuidora 50.000 litros de gasolina, que foram medidos quando a temperatura ambiente era de 0 °C. Quando passou o inverno e a temperatura ambiente era de 30 °C, ele pôs à venda o combustível estocado. Sabendo que o coeficiente médio de expansão volumétrica da gasolina vale gamma = 9,6 x 10^{-4},,{ }^circ C^{-1}, e que seu preço médio de venda era de R$ 3,00 por litro, qual foi o lucro extra obtido na venda total do combustível?
- A) R$ 1.440,00
- B) R$ 2.160,00
- C) R$ 2.880,00
- D) R$ 3.600,00
- E) R$ 4.320,00
Resposta: R$ 4.320,00
O proprietário do posto de combustível aplicou um conceito fundamental de Física, que é a expansão térmica dos líquidos. Como o volume de líquido medido pelas bombas de combustível é influenciado pela temperatura ambiente, o proprietário aproveitou essa característica para ganhar um dinheiro extra.
Quando comprou 50.000 litros de gasolina a 0°C, o combustível estava em sua forma mais compacta. Já quando vendeu o combustível a 30°C, ele havia se expandido devido ao aumento de temperatura. Isso significa que o volume de combustível havia aumentado.
Para calcular o lucro extra obtido, precisamos calcular a variação de volume do combustível devido à expansão térmica. Usando a fórmula de expansão térmica volumétrica, podemos calcular a variação de volume (ΔV) como:
$$Delta V = V cdot gamma cdot Delta T$$Onde V é o volume inicial de 50.000 litros, γ é o coeficiente de expansão térmica volumétrica de 9,6 × 10⁻⁴°C⁻¹ e ΔT é a variação de temperatura de 30°C - 0°C = 30°C.
$$Delta V = 50.000 cdot 9,6 times 10^{-4} cdot 30 = 1440$$Isso significa que o volume de combustível aumentou em 1440 litros devido à expansão térmica. Como o preço de venda médio era de R$ 3,00 por litro, o lucro extra obtido foi:
Lucro extra = 1440 litros × R$ 3,00/litro = R$ 4.320,00
Portanto, a alternativa correta é a letra E) R$ 4.320,00.
937) A transferência de calor ocorre espontaneamente a partir de uma região de maior temperatura para outra região de menor temperatura de um mesmo meio, entre meios diferentes em contato físico ou mesmo no vácuo. Com relação às diferentes formas de transferência de calor, analise as sentenças a seguir:
I – A circulação de ar numa geladeira é considerada uma forma de transmissão de calor por convecção.
II – O aquecimento de uma barra de ferro é considerado uma forma de transmissão de calor por irradiação.
III – O aquecimento da superfície terrestre pela luz do Sol é considerado uma forma de transmissão de calor por condução.
IV – A irradiação e condução são formas de transmissão de calor que ocorrem exclusivamente em vácuo e fluídos, respectivamente.
Sobre as proposições acima, pode-se AFIRMAR que:
- A) Todas estão corretas.
- B) Nenhuma está correta.
- C) Apenas I e IV estão corretas.
- D) Apenas II e III estão corretas.
- E) Apenas I está correta.
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938) Considere dois canos, de mesma massa, sendo um cano constituído de cobre e o outro de alumínio, que recebem a mesma quantidade de energia na forma de calor. Observa-se que o aumento de temperatura do cano de alumínio é menor que a do cano de cobre. Isso acontece porque o alumínio tem:
- A) Calor específico maior que o do cobre.
- B) Calor específico menor que o do cobre.
- C) Condutividade térmica menor que a do cobre.
- D) Condutividade térmica maior que a do cobre.
- E) Densidade maior que a do cobre.
Resposta: A) Calor específico maior que o do cobre.
Explicação:
O calor específico é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 grau Celsius de 1 quilograma de uma substância. No caso dos dois canos, ambos recebem a mesma quantidade de energia na forma de calor. No entanto, o aumento de temperatura do cano de alumínio é menor que o do cano de cobre.
Isso ocorre porque o alumínio tem um calor específico maior que o do cobre. Ou seja, é necessário mais energia para elevar a temperatura do alumínio do que do cobre. Portanto, quando a mesma quantidade de energia é adicionada a ambos os canos, a temperatura do cano de alumínio aumenta menos que a do cano de cobre.
Essa é a razão pela qual a alternativa correta é A) Calor específico maior que o do cobre. A compreensão do calor específico é fundamental em termologia para entender como as substâncias reagem à adição ou remoção de energia.
939) Em dias com baixas temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles.
A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque
- A) possui a propriedade de gerar calor.
- B) é constituída de material denso, o que não permite a entrada do ar frio.
- C) diminui a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo.
- D) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico.
- E) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por condução.
A alternativa correta é letra C) diminui a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo.
Gabarito: C
Enunciado:
Em dias com baixas temperaturas, as pessoas utilizam casacos ou blusas de lã com o intuito de minimizar a sensação de frio. Fisicamente, esta sensação ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor, que é a energia transferida de um corpo para outro em virtude da diferença de temperatura entre eles.
A utilização de vestimenta de lã diminui a sensação de frio, porque
Resolução:
Como o enunciado menciona, a sensação de frio ocorre pelo fato de o corpo humano liberar calor. Espontaneamente, o calor tende a fluir do corpo mais quente para o mais frio. Assim, em baixas temperaturas, sentimos frio quando perdemos calor para o ambiente.
Para diminuir a sensação de frio, podemos utilizar vestimentas de lã, já que esse material atua como isolante térmico, diminuindo a taxa de transferência de calor do corpo humano para o meio externo. Isso ocorre devido à baixa condutividade térmica da lã, impedindo que o corpo humano libere muito calor ao ambiente. Logo, a alternativa correta é a letra C. Entretanto, vamos analisar cada uma das outras alternativas:
a) possui a propriedade de gerar calor. INCORRETA.
A lã não gera calor, apenas atua como isolante térmico. Alternativa incorreta.
b) é constituída de material denso, o que não permite a entrada do ar frio. INCORRETA.
Na verdade, não é o frio que entra, mas o calor que sai. Alternativa incorreta.
d) tem como principal característica a absorção de calor, facilitando o equilíbrio térmico. INCORRETA.
Pelo contrário, a lã dificulta o equilíbrio térmico, mantendo a diferença de temperatura entre o corpo e o meio externo. Alternativa incorreta.
e) está em contato direto com o corpo humano, facilitando a transferência de calor por condução. INCORRETA.
Devido ao seu baixo coeficiente de condutividade térmica, a lã dificulta a transferência de calor por condução. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).
940)
O quadro oferece os coeficientes de dilatação linear de alguns metais e ligas metálicas:
GREF. Física 2: calor e ondas. São Paulo: Edusp, 1993.
Para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha, a partir do menor aquecimento do conjunto, o parafuso e a porca devem ser feitos, respectivamente, de
- A) aço e níquel.
- B) alumínio e chumbo.
- C) platina e chumbo.
- D) ouro e latão.
- E) cobre e bronze.
A alternativa correta é letra C) platina e chumbo.
Gabarito: C
Enunciado:
O quadro oferece os coeficientes de dilatação linear de alguns metais e ligas metálicas:
| Substância | Aço | Alumínio | Bronze | Chumbo | Níquel | Latão | Ouro | Platina | Prata | Cobre |
| Coeficiente de dilatação linear (×10–^5 °C–^1) | 1,2 | 2,4 | 1,8 | 2,9 | 1,3 | 1,8 | 1,4 | 0,9 | 2,4 | 1,7 |
GREF. Física 2: calor e ondas. São Paulo: Edusp, 1993.
Para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha, a partir do menor aquecimento do conjunto, o parafuso e a porca devem ser feitos, respectivamente, de
Resolução:
Observando a tirinha, podemos notar que a porca foi desatarraxada após ser aquecida na chama de uma vela. Logo, a questão trata da dilatação térmica, que é um fenômeno observado quando um corpo sofre aumento da temperatura. A ocorrência do fato observado na tirinha deve-se ao aumento das dimensões da porca graças ao aumento de sua temperatura.
Sabemos que o aumento de volume de um corpo é proporcional ao seu coeficiente de dilatação térmica. Assim, quanto maior o coeficiente de dilatação térmica, maior o aumento de volume. Logo, para permitir a ocorrência do fato observado na tirinha com o menor aquecimento do conjunto, a porca deve ser feita do material com o maior coeficiente de dilatação linear disponível, que no caso é o chumbo.
Além disso, para que a porca desatarraxe, não basta apenas que ela apresente o maior aumento de volume, é preciso que o parafuso apresente o menor coeficiente de dilatação linear. Dessa forma, as dimensões da porca aumentariam mais que as do parafuso, facilitando a retirada da porca. Assim, o parafuso deve ser feito de platina.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (C).