Questões Sobre Termologia - Física - concurso
961) Em um recipiente termicamente isolado e mantido a pressão constante, são colocados 138 g de etanol líquido. A seguir, o etanol é aquecido e sua temperatura T é medida como função da quantidade de calor Q a ele transferida. A partir do gráfico de TxQ, apresentado na figura abaixo, pode-se determinar o calor específico molar para o estado líquido e o calor latente molar de vaporização do etanol como sendo, respectivamente, próximos de
- A) 0,12 kJ/(molºC) e 36 kJ/mol.
- B) 0,12 kJ/(molºC) e 48 kJ/mol.
- C) 0,21 kJ/(molºC) e 36 kJ/mol.
- D) 0,21 kJ/(molºC) e 48 kJ/mol.
- E) 0,35 kJ/(molºC) e 110 kJ/mol.
A alternativa correta é letra A) 0,12 kJ/(molºC) e 36 kJ/mol.
Pelo gráfico, percebemos que para uma variação de temperatura do etanol de Delta{theta}approx 100^o, C a quantidade de calor transferida foi de aproximadamente 35,kJ.
A massa molar do etanol (C_2H_5OH) é igual a 46g. Logo, 138g de etanol correspondem a 3 mols de etanol.
A Quantidade de calor recebida por uma substância para fazê-la ter uma elevação de temperatura é dada por:
Q = mcdot c cdot Delta (phi_f - phi_i) tag 1
Para encontramos o calor específico molar, deveremos usar, no lugar da massa em gramas, o número de mols:
35kJ=3cdot c cdot 100
c=frac{35kJ}{300}
capprox 0,1167,kJ/(mol^o,C)
Para determinarmos o calor latente de vaporização, deve-se lembrar que esse é o estágio onde não ocorrerá mudança de temperatura até que o etanol esteja totalmente vaporizado. A fórmula do calor latente é dada por:
Q=mL
Q=m_{molar}L
110,kJ=3L
L=frac{110,kJ}{3}
Lapprox 36,67,kJ/mol
Concluímos que o gabarito é a letra A.
Gabarito: A
962) O Brasil possui tecnologia pioneira na produção de vacinas que abastecem o sistema público de saúde e são exportadas para mais de 70 países. Segundo o Manual de Normas de Vacinação da FUNASA ̶ Ministério da Saúde, a vacina contra tuberculose (BCG) deve ser conservada entre 2°C e 8°C. No caso de exportação dessa vacina para países de origem inglesa, como os Estados Unidos ou Belize, que adotam a escala Fahrenheit, as temperaturas de acondicionamento são, respectivamente, iguais a
- A) 275 °F e 281 °F.
- B) 33,1 °F e 36,4 °F.
- C) 35,6 °F e 46,4 °F.
- D) 32 ºF e 212 ºF.
- E) 3,6 °F e 14,4 °F.
A alternativa correta é letra C) 35,6 °F e 46,4 °F.
Gabarito: LETRA C.
Para encontrar a relação correta entre as escalas termométricas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum. A figura abaixo traz uma relação entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin para alguns pontos como o ponto de fusão e de ebulição da água ao nível do mar:
Assim, a relação entre as escalas Celsius e Fahrenheit é dada por:
dfrac { T_C - 0 } { 100 - 0 } = dfrac { T_F - 32 } { 212 - 32 }
dfrac { T_C } { 100 } = dfrac { T_F - 32 } { 180 }
dfrac { T_C } { 5 } = dfrac { T_F - 32 } { 9 }
Para T_C = 2°C, temos:
dfrac { 2 } { 5 } = dfrac { T_F - 32 } { 9 }
T_F = dfrac { 18 } { 5 } +32
T_F = 35,6 °F
Para T_C = 8°C, temos:
dfrac { 8 } { 5 } = dfrac { T_F - 32 } { 9 }
T_F = dfrac { 72 } { 5 } +32
T_F = 46,4 °F
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
963) Em nosso cotidiano existem várias situações que envolvem a dilatação térmica dos materiais. Na engenharia é muito importante levar em consideração os efeitos da dilatação para evitar fissuras e rachaduras nas estruturas das edificações. A figura a seguir mostra uma plataforma P que é mantida na horizontal por estar apoiada nas colunas A e B de comprimentos iniciais iguais a LA e LB, respectivamente. Sabendo que LA = (2/3) LB, a razão entre os coeficientes de dilatação das colunas, αA/αB, a fim de que a plataforma P permaneça horizontal em qualquer temperatura, é igual a
- A) 2/3.
- B) 3/2.
- C) 1/3.
- D) 4/3.
- E) 3/4.
A alternativa correta é letra B) 3/2.
Gabarito: LETRA B.
A dilatação térmica dos corpos acontece devido ao aumento no grau de agitação de suas moléculas, o que causa um aumento da distância média entre elas e faz com que os corpos aumentem suas dimensões.
A equação da variação de comprimento é dada por:
Delta L = alpha cdot L_0 cdot Delta T
Onde alpha é o coeficiente de dilatação linear, L_0 é o comprimento inicial e Delta T é a variação de temperatura.
Então, para que a plataforma P permaneça horizontal em qualquer temperatura, devemos ter:
Delta L_A = Delta L_B
Logo,
alpha_A cdot L_A cdot cancel { Delta T } = alpha_B cdot L_B cdot cancel { Delta T }
dfrac {alpha_A }{ alpha_B } = dfrac { L_B } { L_A }
Como L_A = 2/3 L_B, temos
dfrac {alpha_A }{ alpha_B } = dfrac { cancel { L_B } }{ dfrac 23 cancel { L_B } }
dfrac {alpha_A }{ alpha_B } = dfrac 32
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
964) Abundante na natureza, a água tem sido objeto de estudo de vários trabalhos científicos devido às suas propriedades interessantes como, por exemplo, contrair-se quando aquecida de 0 ºC a 4 ºC. Recentemente, a física brasileira, profª. Márcia Barbosa, da UFRGS, foi umas das vencedoras do prêmio L’Oréal – UNESCO, por descobrir uma das peculiaridades da água que podem levar a um melhor entendimento de como os terremotos ocorrem e como as proteínas se dobram, o que é importante para o tratamento de doenças. A figura a seguir mostra o diagrama de fases da água. Com base nesse diagrama, assinale a opção correta.
- A) Para a água, se a pressão aumenta, a temperatura de fusão também aumenta.
- B) O ponto A representa o ponto crítico da água que corresponde ao equilíbrio entre as três fases da substância.
- C) Sob pressão de 0,003 atm e temperatura de 80 ºC, a água se encontra no estado líquido.
- D) Partindo do ponto D, se a pressão for aumentada isotermicamente, ocorrerá mudança da fase vapor para fase líquida. Essa transformação é denominada de liquefação ou condensação.
- E) A temperatura correspondente ao ponto tríplice da água é 374 °C.
A alternativa correta é letra D) Partindo do ponto D, se a pressão for aumentada isotermicamente, ocorrerá mudança da fase vapor para fase líquida. Essa transformação é denominada de liquefação ou condensação.
Gabarito: LETRA D.
a) Para a água, se a pressão aumenta, a temperatura de fusão também aumenta. INCORRETA.
Vamos indicar as fases da água no diagrama de fases do enunciado:
Note que, à medida que a pressão aumenta, a temperatura de fusão, indicada pela linha que separa as fases sólida e líquida, aumenta até 0,01 °C, quando a pressão chega a 0,006 atm, e diminui quando a pressão aumenta acima de 0,006 atm. Alternativa incorreta.
b) O ponto A representa o ponto crítico da água que corresponde ao equilíbrio entre as três fases da substância. INCORRETA.
O ponto A representa o ponto triplo da água, na qual os três estados físicos da água, sólido, líquido e gasoso, podem coexistir em equilíbrio estável. Alternativa incorreta.
c) Sob pressão de 0,003 atm e temperatura de 80 ºC, a água se encontra no estado líquido. INCORRETA.
Vamos indicar esse ponto do diagrama de fases:
Note que esse ponto se encontra na fase gasosa da água. Alternativa incorreta.
d) Partindo do ponto D, se a pressão for aumentada isotermicamente, ocorrerá mudança da fase vapor para fase líquida. Essa transformação é denominada de liquefação ou condensação. CORRETA.
Partindo do ponto D, se a pressão for aumentada isotermicamente, teremos o processo indicado pela linha vermelha na figura a seguir:
Note que a água passa do estado gasoso para o estado líquido, ou seja, ocorre a liquefação ou condensação. Alternativa correta.
e) A temperatura correspondente ao ponto tríplice da água é 374 °C. INCORRETA.
O ponto tríplice da água está indicado pelo ponto A no diagrama de fases, e a temperatura correspondente é 0,01°C. Alternativa incorreta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
965) Um dos principais ramos da física e da engenharia é a termodinâmica, que estuda as leis que regem a relação entre calor, trabalho e outras formas de energia. Sobre essas leis e conceitos relacionados à termodinâmica, julgue as afirmações a seguir como verdadeiras (V) ou falsas (F).
I. A primeira Lei da Termodinâmica estabelece que se dois corpos estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então esses corpos estão em equilíbrio térmico entre si.
II. O calor específico de um corpo é a quantidade de calor que o corpo pode absorver a uma determinada temperatura.
III. A energia interna de uma dada quantidade de gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura absoluta.
IV. Numa expansão adiabática, o volume aumenta, a temperatura diminui e não há troca de calor com o meio exterior.
Assinale a opção que contém a sequência correta.
- A) V – F – F – F
- B) V – V – V – F
- C) V – F – F – V
- D) F – F – V – V
- E) F – V – V – V
A alternativa correta é letra D) F – F – V – V
Gabarito: LETRA D.
I. A primeira Lei da Termodinâmica estabelece que se dois corpos estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então esses corpos estão em equilíbrio térmico entre si. FALSA.
A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema termodinâmico equivale à diferença entre o calor absorvido pelo sistema e o trabalho realizado por ele. Matematicamente, temos:
Delta U = Q - W
O que estabelece que, se dois corpos estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo, então esses corpos estão em equilíbrio térmico entre si é a lei zero da termodinâmica. Afirmação falsa.
II. O calor específico de um corpo é a quantidade de calor que o corpo pode absorver a uma determinada temperatura. FALSA.
O calor específico é a quantidade de calor necessária para que cada grama de uma substância sofra uma variação de temperatura correspondente a 1°C. Afirmação falsa.
III. A energia interna de uma dada quantidade de gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura absoluta. VERDADEIRA.
A energia interna de um gás perfeito é dado por:
U = dfrac 32 nRT
Onde n é o número de mols, R a constante universal dos gases perfeitos e T a temperatura absoluta. Logo, a energia interna depende também da quantidade de mols. Afirmação falsa.
IV. Numa expansão adiabática, o volume aumenta, a temperatura diminui e não há troca de calor com o meio exterior. VERDADEIRA.
Em uma transformação adiabática, não há troca de calor com o meio externo. Assim, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, temos:
Delta U = Q - W
Delta U = 0 - W
Delta U = - W
Em uma expansão, o trabalho é realizado pelo sistema, ou seja, W gt 0. Assim, da equação acima, temos que Delta U lt 0, ou seja, a temperatura do sistema diminui. Afirmação verdadeira.
Portanto, a resposta correta é alternativa (d).
966) Sabe-se que o comportamento da temperatura em função da quantidade de calor adicionada para dois corpos A e B é descrito pelo gráfico a seguir.
Em um experimento de laboratório, deseja-se determinar a temperatura de equilíbrio dos corpos A e B postos em contato.
Considere que a troca de calor ocorre apenas entre os corpos e que eles possuem a mesma massa tanto no experimento quanto na determinação do gráfico. No experimento, a temperatura inicial do corpo A é 20 ºC, enquanto a temperatura do corpo B é 70 ºC. Qual é, aproximadamente, a temperatura de equilíbrio no experimento?
- A) 36,7 ºC.
- B) 31,5 ºC.
- C) 58,5 ºC.
- D) 45,0 ºC.
- E) 53,3 ºC.
A alternativa correta é letra B) 31,5 ºC.
Gabarito: LETRA B.
Sabemos que a capacidade térmica C de uma substância é dada pela relação entre o calor Q absorvido e a sua variação de temperatura Delta T como nos mostra a equação a seguir:
C = dfrac Q { Delta T } tag 1
Assim, para o corpo B, temos
C_B = dfrac { Q_B } { Delta T_B }
Do gráfico, podemos substituir os valores:
C_B = dfrac { 600 } { 60 }
C_B = 100 , cal/°C
Analogamente, para o corpo A, temos
C_A = dfrac { Q_A } { Delta T_A }
C_A = dfrac { 400 } { 20 }
C_A = 20 , cal/°C
Como no experimento a troca de calor ocorre apenas entre os corpos e que eles possuem a mesma massa tanto no experimento quanto na determinação do gráfico, podemos escrever:
Q_B = Q_A
Então, de acordo com a equação (1), temos
C_B cdot Delta T_B = C_A cdot Delta T_A
Sendo T_e a temperatura de equilíbrio, podemos escrever:
100 cdot left( 70 - T_e right) = 20 cdot left( T_e - 20 right)
dfrac { 100 } { 20 } cdot left( 70 - T_e right) = T_e - 20
5 cdot left( 70 - T_e right) = T_e - 20
350 - 5 T_e = T_e - 20
6 T_e = 370
T_e approx 31,5 °C
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
967) Os fenômenos de dilatação estão presentes em várias situações de nosso cotidiano, como nas fendas entre trilhos de trem, nas construções e até nos líquidos. Dadas as seguintes afirmações relacionadas à dilatação térmica dos sólidos e líquidos,
I. Os coeficientes de dilatação volumétrica (Y), superficial (beta) e linear (alpha) estão relacionados por Y=3 e beta=2alpha.
II. A dilatação volumétrica é observada apenas nos líquidos.
III. A água apresenta um comportamento anômalo entre 0 ºC e 4 ºC.
IV. A dilatação total de um líquido é dada pela diferença entre a dilatação do recipiente que contém esse líquido e a chamada dilatação aparente.
V. Uma chapa de latão (alpha_{latão} = 2×10-5 ºC-1) possui um furo circular de 10 cm2 de área. Sua temperatura é aumentada de 10 ºC para 60 ºC. Após o aquecimento o furo passa a ter área de 10,02 cm2.
Verifica-se que estão corretas as afirmações
- A) I e II, apenas.
- B) III e V, apenas.
- C) I, II e IV, apenas.
- D) III, IV e V, apenas.
- E) I, III e IV, apenas.
A alternativa correta é letra B) III e V, apenas.
Gabarito: LETRA B.
I. Os coeficientes de dilatação volumétrica (Y), superficial (beta) e linear (alpha) estão relacionados por Y=3 e beta=2alpha. INCORRETA.
O coeficiente de dilatação térmica é dado por Y = 3 alpha. Afirmativa incorreta.
II. A dilatação volumétrica é observada apenas nos líquidos. INCORRETA.
A dilatação volumétrica é observada também nos sólidos e nos gases. Afirmativa incorreta.
III. A água apresenta um comportamento anômalo entre 0 ºC e 4 ºC. CORRETA.
Devido às ligações intermoleculares com o hidrogênio, a água apresenta uma redução de volume quando é aquecida de 0°C a 4ºC. Esse fenômeno é importante para a manutenção da vida na água, pois a água mais quente, que se encontra menos densa devido ao volume reduzido, fique no fundo. Afirmativa correta.
IV. A dilatação total de um líquido é dada pela diferença entre a dilatação do recipiente que contém esse líquido e a chamada dilatação aparente. INCORRETA.
A dilatação total de um líquido é dada pela SOMA da dilatação do recipiente e a dilatação aparente. Afirmativa incorreta.
V. Uma chapa de latão (alpha_{latão} = 2 times 10^{-5} °C^{-1}) possui um furo circular de 10 cm2 de área. Sua temperatura é aumentada de 10 ºC para 60 ºC. Após o aquecimento o furo passa a ter área de 10,02 cm2. CORRETA.
Podemos calcular a área do furo através da equação da dilatação superficial:
S = left( 1 + beta Delta T right) S_0
Como beta = 2 alpha, temos
S = left( 1 + 2alpha Delta T right) S_0
S = left( 1 + 2 cdot 2,0 times 10^{-5} cdot left( 60 - 10 right) right) cdot 10
S = 10,02 , cm^2
Afirmativa correta.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (b).
968) Um estudante deseja definir uma escala de temperatura chamada Massayó (M). Nesta escala as temperaturas são medidas em ºM.
Considerando que o ponto de fusão do gelo é 100 ºM e o ponto de ebulição da água é 400 ºM, qual é a relação entre a escala Massayó e a escala Celsius (C)?
- A) M = 3C – 100.
- B) M = 300C + 100.
- C) M = 3C + 100.
- D) M = 300C.
- E) M = 3C.
A alternativa correta é letra C) M = 3C + 100.
Gabarito: LETRA C.
Para encontrar a relação correta entre duas escalas, é preciso conhecer pelo menos 2 pontos em comum. Além disso, precisamos lembrar que o ponto de fusão da água na escala Celsius é 0 °C e que o ponto de ebulição da água é 100 °C.
Assim, podemos considerar o seguinte esquema:
Então, podemos estabelecer uma relação de proporção entre os segmentos das escalas:
dfrac { C - 0} {100 - 0} = dfrac { M - 100 } { 400 - 100 }
dfrac {C } {100} = dfrac { M - 100 } { 300 }
C = dfrac { M - 100 } { 3 }
3C = M -100
M = 3C + 100
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
969) Na indústria farmacêutica, substâncias específicas são utilizadas para revestir pílulas e comprimidos. Em um experimento, uma das substâncias sólidas foi retirada de uma formulação e purificada. Para verificar a eficiência da purificação, um termômetro foi colocado em um tubo de ensaio contendo uma amostra da substância derretida, a 1 atm. Durante o resfriamento e até que a amostra tenha se solidificado completamente, foram lidas as temperaturas em intervalos regulares. Com esses dados, foi traçada a curva de resfriamento, um gráfico que mostra a variação de temperatura em função do tempo, a 1 atm.
O gráfico que corresponde à curva de resfriamento da substância pura está representado por
- A)
- B)
- C)
- D)
- E)
A alternativa correta é letra C)
A questão cobra do candidato conhecimentos acerca de transformação física da matéria.
Qualquer substância pura em uma única fase muda de temperatura ao receber ou doar calor. Porém, quando essa substância pura está na temperatura em que coexistem duas fases em equilíbrio, a doação ou retirada de energia não altera a temperatura, mas transforma uma fase em outra.
Por exemplo, a 0ºC o gelo funde e se transforma em água, de doarmos calor a esse sistema, aceleramos a transformação do gelo em água, mas a mistura gelo + água não sai de 0ºC. Somente depois que todo gelo se fundir é que a temperatura da água começa a aumentar até que a água chegue a 100ºC e comece a evaporar (mudança de fase). A temperatura novamente permanece constante até que toda água se transforme em vapor.
Nesses processos há dois tipos de calor:
- Calor sensível: é aquele que modifica a temperatura da matéria;
- Calor latente: é aquele que age na mudança de fase da matéria.
Dito isso, vamos à questão. Vamos focar em um trecho dela:
"...um termômetro foi colocado em um tubo de ensaio contendo uma amostra da substância derretida, a 1 atm. Durante o resfriamento e até que a amostra tenha se solidificado completamente, foram lidas as temperaturas em intervalos regulares..."
A questão fala de uma substância quente em estado líquido e que foi deixada em repouso até que esfriasse e se solidificasse. Ou seja, O gráfico que defina essa processo precisa ser uma curva decrescente (temperatura diminuindo com o tempo) e tenha um intervalo de temperatura constante referente à mudança de fase (solidificação). O único gráfico com essas características está na LETRA C.
970) A liofilização é um processo de desidratação de alimentos que, além de evitar que seus nutrientes saiam junto com a água, diminui bastante sua massa e seu volume, facilitando o armazenamento e o transporte. Alimentos liofilizados também têm seus prazos de validade aumentados, sem perder características como aroma e sabor.
O processo de liofilização segue as seguintes etapas:
I. O alimento é resfriado até temperaturas abaixo de 0 ºC, para que a água contida nele seja solidificada.
II. Em câmaras especiais, sob baixíssima pressão (menores do que 0,006 atm), a temperatura do alimento é elevada, fazendo com que a água sólida seja sublimada. Dessa forma, a água sai do alimento sem romper suas estruturas moleculares, evitando perdas de proteínas e vitaminas.
O gráfico mostra parte do diagrama de fases da água e cinco processos de mudança de fase, representados pelas setas numeradas de 1 a 5.
A alternativa que melhor representa as etapas do processo de liofilização, na ordem descrita, é
- A) 4 e 1.
- B) 2 e 1.
- C) 2 e 3.
- D) 1 e 3.
- E) 5 e 3.
A alternativa correta é letra C) 2 e 3.
No processo I, temos um processo de solidificação (liquido para sólido). Logo, trata-se da etapa 2.
Já no processo II, temos a sublimação (sólido para vapor). Trata-se da etapa 3.
Gabarito: LETRA C.