TERMOLOGIA - [Resolvidas] [21]

TERMOLOGIA - [Resolvidas] [21]

TERMOLOGIA

Professor David

 

QUESTÕES RESOLVIDAS

Exemplo - 1:

(Enem) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.

Esquema que representa duas garrafas sendo aquecidas por uma lâmpada incandescente

A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi

A) igual no aquecimento e igual no resfriamento.

B) maior no aquecimento e igual no resfriamento.

C) menor no aquecimento e igual no resfriamento.

D) maior no aquecimento e menor no resfriamento.

E) maior no aquecimento e maior no resfriamento.

 

Resolução

As cores das garrafas determinam a sua capacidade de absorver energia, que, nesse caso, é o calor. A cor branca reflete praticamente todo o calor que recebe, absorvendo pouco calor. Já a cor preta absorve a maior parte da energia que recebe.

Sendo assim, enquanto a luz permanecer acesa, a garrafa preta absorverá mais calor e aumentará mais a sua temperatura em comparação à garrafa branca.

Quando a lâmpada é desligada, a garrafa preta, que estava mais aquecida, emite mais calor do que a garrafa branca. Portanto, também varia mais a sua temperatura.

Observação:  a variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, será maior no aquecimento e maior no resfriamento.

Alternativa: E

 

Exemplo - 2:

(Enem/2015) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa.

O quadro apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.
Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10°C e outra a 40°C, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16°C.

Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?

A) A      

B) B      

C) C      

D) D      

E) E



Resolução:
Cálculo da temperatura final de equilíbrio, considerando que não há perda de calor com o meio exterior:

Qfria + Qquente  = 0

(m/3) . cágua.(θf - 10) + (2m/3).cágua.(θf - 40) = 0

θf  = 30 °C 

Variação porcentual de temperatura em 6h:

f - θ) / θf

(30°C - 16°C) / 30°C

  0,47  =  47%

Resposta: D

 

Exemplo - 3:

(Enem) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

 

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:

A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.

B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.

C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.

D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.

E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

 

Resolução:

O calor cedido para a fonte quente em uma máquina térmica é transferido em parte para a realização de trabalho, sendo o restante fornecido para a fonte fria. Pelo Teorema da Conservação da Energia, em um modelo real e não ideal, é impossível a conversão total do calor da fonte quente em trabalho, parcela da energia é dissipada em forma sonora, atrito, etc.

Alternativa: C

 

Exemplo - 4:

Qual é a temperatura na escala Fahrenheit que corresponde a 40ºC?

A) 313.

B) 4,444.

C) 39,2.

D) 2,25.

E) 104.

 

Resolução:

ºC = (ºF – 32)
            1,8

40 = (ºF – 32) 
            1,8
40 . 1,8 = ºF – 32
72 = ºF – 32
ºF = 72 + 32

ºF = 104

Alternativa: E

 

Exemplo - 5:

(ITA-SP) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60ºC.

Qual o valor desta diferença na escala Fahrenheit?

A) 108ºF

B) 60ºF

C) 140ºF  

D) 33ºF 

E) 92ºF

 

Resolução:

ºC = (ºF – 32)
           1,8

60 = (ºF – 32) 
            1,8
60 . 1,8 = ºF – 32
108 = ºF – 32
ºF = 108 + 32

ºF = 140

Alternativa: C

 

Exemplo - 6:

UNESP-SP) Um estudante desenvolve um termômetro para ser utilizado especificamente em seus trabalhos de laboratório.

Sua idéia é medir a temperatura de um meio fazendo a leitura da resistência elétrica de um resistor, um fio de cobre, por exemplo, quando em equilíbrio térmico com esse meio. Assim, para calibrar esse termômetro na escala Celsius, ele toma como referências as temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água.

Depois de várias medidas, ele obtém a curva apresentada na figura.

 

A correspondência entre a temperatura T, em °C, e a resistência elétrica R, em Ω, é dada pela equação

A) T = 100.(R - 16) / 6,6.

B) T = 100.6,6 / (R - 16).

C) T = (R - 6,6) / (6,6.100).

D) T = 100.(R - 16) / 16.

E) T = 100.(R - 6,6) / 16.

 

Resolução:

Primeiro deve-se comparar as duas grandezas:

 

Resposta: A

 

Exemplo - 7:

Um turista brasileiro sente-se mal durante uma viagem à Nova Iorque. Ao ser examinado em um hospital local a enfermeira lhe diz que sua temperatura no momento era 105°, mas que ele deveria ficar tranquilo, pois já havia baixado . Após o susto, o turista percebeu que sua temperatura havia sido medida em uma escala Fahrenheit. Qual era a sua temperatura anteriormente e qual sua temperatura atual?

Anterior: 105° + 4° = 109°F

 

Resolução:

Atual: 105°F

 

Exemplo - 8:

Um astrônomo analisa um buraco negro no espaço. Após muitos estudos ele chegou a conclusão que este corpo celeste tinha temperatura de 10K.

Qual a temperatura do buraco negro em escala Celsius?

 

Resolução:

 

Exemplo - 9:

Um estudante de física criou uma escala (°X) , comparada com a escala Celsius ele obteve o seguinte gráfico:

Qual a equação de conversão entre as duas escalas?

 

Resolução:

 

Exemplo - 10:

Para derreter uma barra de um material w de 1kg é necessário aquecê-lo até a temperatura de 1000°C. Sendo a temperatura do ambiente no momento analisado 20°C e o calor específico de w = 4,3J / kg .°C, qual a quantidade de calor necessária para derreter a barra?

 

Resolução:

 

Exemplo - 11:

Um bloco de ferro de 10cm³ é resfriado de 300°C para 0°C. Quantas calorias o bloco perde para o ambiente?

Adote:

densidade do ferro = 7,85g/cm³

calor específico do ferro=0,11cal/g.°C

 

O primeiro passo é descobrir a massa do bloco, sabendo sua densidade e seu volume (é importante prestar bastante atenção nas unidades de cada grandeza).

 

Resolução:

Observação: conhecendo a massa, podemos calcular a quantidade de calor do corpo:

 Observação:  Q < 0, a transferência de calor acontece no sentido do bloco para o meio ambiente (libera calor).

 

Exemplo 12:

Qual a quantidade de calor absorvida para que 1L d'água congelado e à -20°C vaporize e chegue a temperatura de 130°C.

Dados:

Calor latente de fusão da água: L = 80cal/g

Calor latente de vaporização da água: L = 540cal/g

Calor específico do gelo: c = 0,5cal /g.°C

Calor específico da água: c = 1cal /g.°C

Calor específico da água: c = 0,48cal/g.°C

Densidade da água: d : 1g /cm³

1L = 1dm³ = 1000cm³

m = d . V

m=1000g

 

Resolução:

 

Exemplo - 13:

Um bloco de uma material desconhecido e de massa 1kg encontra-se à temperatura de 80°C, ao ser encostado em outro bloco do mesmo material, de massa 500g e que está em temperatura ambiente (20°C). Qual a temperatura que os dois alcançam em contato? Considere que os blocos estejam em um calorímetro.

 

Resolução:

 

 

Exemplo - 14:

Em uma cozinha, uma chaleira com 1L de água ferve. Para que ela pare, são adicionados 500mL de água à 10°C. Qual a temperatura do equilíbrio do sistema?

Qualquer quantidade de água que esteja fervendo encontra-se à temperatura de 100°C, se a temperatura for superior a esta, não haverá água líquida, apenas vapor.

 

Resolução:

 

Exemplo - 15

Ao nível do mar, a água ferve a 100 °C e congela a 0°C. Assinale a alternativa que indica o ponto de congelamento e o ponto de fervura da água, em Guaramiranga, cidade localizada a cerca de 1.000 m de altitude.

A) A água congela abaixo de 0 °C e ferve acima de 100 °C.
B) A água congela acima de 0 °C e ferve acima de 100 °C.
C) A água congela abaixo de 0 °C e ferve abaixo de 100 °C.
D) A água congela acima de 0 °C e ferve abaixo de 100 °C.
E) A água congela a 0 °C e ferve a 100 °C.

 

Resolução

Quanto maior a altitude, menor a pressão e, acontece uma baixa do ponto de ebulição e elevação do ponto de fusão.

Alternativa: D

 

Exemplo - 16:

(Unicamp – SP) Um cilindro de 2,0 litros é dividido em duas partes por uma parede móvel fina, conforme o esquema acima. O lado esquerdo do cilindro contém 1,0 mol de um gás ideal. O outro lado contém 2,0 mols do mesmo gás. O conjunto está à temperatura de 300k.

Adote R = 0,080 atm.l/mol.K.

a) Qual será o volume do lado esquerdo quando a parede móvel estiver equilibrada

b) Qual é a pressão nos dois lados, na situação de equilíbrio?

 

Resolução

a) Para resolver a primeira questão do exercício devemos observar que, se a parede móvel está equilibrada a pressão para os dois lados será igual. Logo:

Como sabemos que Vd + Ve = 2, já que o cilindro tem 2,0 litros de volume, podemos dizer que:

2ve + ve = 2

3 ve = 2

Ve = 2/3

Ve = 0,67litro

Resposta: o volume do lado esquerdo é 0,67 litro

 

b) Para encontrarmos o valor da pressão em qualquer um dos lados, basta substituirmos os valores na equação abaixo:

 
Resposta: a pressão é 36 atm

 

Exemplo - 17:

Uma dada massa de gás perfeito está em um recipiente de volume 8,0 litros, a temperatura de 7,0 oC, exercendo a pressão de 4,0 atm. Reduzindo-se o volume a 6,0 litros e aquecendo-se o gás, a sua pressão passou a ser de10 atm. Determine a que temperatura o gás foi aquecido.

 

Resolução

Aplicando a lei geral dos gases perfeitos, temos:

Onde, T0 = 7 + 273 = 280K

Substituindo na equação, os valores fornecidos pelo enunciado do exercício temos:

Logo, T = 525K

Fazendo a transformação para a escala Celsius, temos:

T = 525 – 273 = 252 oC

 

Exemplo - 18:

(FATEC 2001) Em um laboratório um cientista determinou a temperatura de uma substância. Considerando-se as temperaturas:

-100K; 32 °F; -290°C; -250 °C,

 

Os possíveis valores encontrados pelo cientista foram:

A) 32 °F e -250 °C.

B) 32 °F e -290°C.

C) -100K e 32 °F.d) -100K e -250 °C.

D) -290°C e -250 °C.

 

Resolução

Sabemos que a menor temperatura possível é 0K que corresponde a -273°C. Logo, -100k e -290°C são temperaturas impossíveis.

Alternativa: A

 

Exemplo - 19:

Um termômetro de mercúrio é calibrado de modo que, na temperatura de 0°C, a altura da coluna é de 4 cm e, na temperatura de 100°C, a altura é de 8 cm. 

Determine: 

a) A função termométrica que relaciona a temperatura (Tc) com a altura (h) da coluna de mercúrio.
b) A altura da coluna quando a temperatura é de 40°C 



Resolução

a) É importante fazer um esboço das escalas para visualizar melhor o problema.

Utilizando a proporcionalidade entre os segmentos correspondentes escrevemos:

4Tc= 100h-400 
Tc = 25h – 100 

Resposta:  tc = 25h – 100

 

b) Usando a função obtida no item a, temos:

Tc = 25h - 100 

40 = 25h - 100 

h = 5,6 cm 

Resposta: h = 5,6 cm

 

Exemplo - 20:

Em um dia calmo de verão, Paula está em uma praia sob forte incidência de raios solares. Lembrando-se de que o calor específico da água é bem maior do que o da terra, ela observou atentamente alguns fenômenos, buscando relacioná-los com as explicações e comentários apresentados nas aulas de física para os mesmos.

Considerando a situação descrita, assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as seguintes proposições.

(   ) Durante o dia, a temperatura da terra é maior que a da água porque o calor específico da terra é menor que o da água.
(   ) Durante a noite, percebia-se na praia uma brisa soprando do mar para a terra. Uma possível justificativa é porque a massa de ar junto ao mar estava mais aquecida que a massa de ar junto à terra.
(   ) Após o pôr-do-sol, a água se resfriou mais rapidamente do que a terra,
porque o calor específico da água é maior do que o da terra.
(   ) Após o pôr-do-sol, a terra se resfriou mais rapidamente que a água do mar, porque o calor específico da água é bem maior que o da terra.
(   ) foi possível observar que a água e a terra apresentaram a mesma temperatura, sempre.


Resolução

( V ) A terra absorve e perde energia mais rapidamente que a água, já que seu calor específico é menor.
( F ) a brisa sopra da terra para o mar.
( F ) A água se resfria mais lentamente que a terra, pois o calor específico da água é maior que o da terra.
( V ) Calor específico da água é maior que o calor específico da terra.
( F ) Como existe uma diferença no calor específico, suas temperaturas serão diferentes, já que cada uma absorve energia de uma maneira diferente da outra.

 

Exemplo - 21:

O congelador é colocado na parte superior dos refrigeradores, pois o ar se resfria nas proximidades dele, _________ a densidade e desce. O ar quente que está na parte de baixo, por ser ________, sobe e resfria-se nas proximidades do congelador. Nesse caso, o processo de transferência de energia na forma de calor recebe o nome de _________.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas.

A) aumenta – mais denso – convecção.
B) diminui – mais denso – condução.
Cc) aumenta – menos denso – condução.
D) diminui – menos denso – irradiação.
E) aumenta – menos denso – convecção.

 

Resolução:

O ar frio é mais denso e desce, o ar quente é menos denso e sobe.
Este processo é conhecido como convecção.

Alternativa: E

 

Exemplo - 22:

Um bloco de gelo de massa igual a 300 g encontra-se a 0°C. Para que todo gelo se derreta, obtendo água a 0°C , são necessárias 24.000 cal. Determine o calor latente de fusão do gelo.

Resolução

Durante toda a mudança de fase a temperatura é constante, logo o calor é latente.

Q = m . L

24000 = 300 . L

L = 24000 / 300

L = 80 cal/g

Resposta: 80 cal/g

 

Exemplo - 23:

A área de uma chapa quadrada varia de 0,14 cm2 quando submetida a uma variação de 100 0C na sua temperatura. Sendo a aresta do quadrado inicial de 10 cm determine o coeficiente de dilatação linear (α) do material que constitui a chapa.

Resolução

Dados: ∆S = 0,14 cm2
∆t = 100 0C
S0 = a
a
= 10 cm . 10 cm  = 100 cm2 .

∆S = S0 . β . ∆t

0,14 = 100 . β . 100

β = 14. 10-6 0C-1


O coeficiente de dilação superficial é igual ao coeficiente de dilatação linear dividido por dois. Logo,

β = 2.α
α = β
/ 2
α = 7 . 10-6 0C-1

Resposta: α = 7 . 10-6 0C-1

 

Exemplo - 24:

Um anel de cobre (α = 20. 10-6 oC-1) tem raio interno igual a 5 cm a 20 oC. Determine até qual temperatura devemos aquecê-lo, de modo que esse anel possa ser introduzido num cilindro com base de área igual a 79,285 cm2. Considere π ≈ 3,14.

 

Resolução

Para que ocorra o encaixe do anel no cilindro é necessário que a área do anel seja igual à área da base do cilindro, ou seja: 

Sanel = 79,285 cm2

S0 = π . R2anel

S0 = π . 52

S0 = 78,5cm2

Logo,

∆S = Sf – S0

∆S = 79,285 – 78,5 

∆S = 0,785 cm2

O coeficiente de dilatação térmica superficial é igual ao dobro do coeficiente de dilatação térmica linear:

β = 2α

40 . 10-6 oC-1


Aplicando estes valores na equação de dilatação térmica superficial, temos:

∆S = S0 . β . ΔT 

0,785 = 78,5 . 40 . 10-6 . ∆T

∆t = 250 oC

Sendo assim:

∆T = Tf – T0 

Tf = To + ∆T

Tf = 20 oC + 250 oC

Tf = 270 oC

Resposta: Tf = 270 oC

 

Exemplo - 25:

O comprimento de uma barra é de 30,000 cm a oC.

a) Qual será o aumento de comprimento ocorrido quando a temperatura se eleva para 100 oC.

b) Qual é o comprimento final da barra?

O coeficiente de dilatação do material é 25 . 10-6 oC-1.



Resolução

a) Qual será o aumento de comprimento ocorrido quando a temperatura se eleva para 100 oC.

ΔL = L0 . α . Δt

ΔL = 30,000 . 25 . 10-6 . 100

ΔL = 75. 10-3

ΔL = 0,075

 

Resposta: ΔL = 0,075

 

b) Qual é o comprimento final da barra?

ΔL = Lf – L0 

Lf = L0 + ΔL

Lf = 30,000 + 0,075 

Lf = 30,075 cm


Resposta:  Lf= 30,075 cm

 

Exemplo - 26:

Para aquecer 1 kg de uma substância de 10 0C a 60 0C, foram necessárias 400 cal.

Determine:

a) o calor específico do material

b) a capacidade térmica da substância

 

Resolução:

São dados do exercício:

m = 1kg = 1000 g

Q = + 400 cal

t0 = 10 0C

tf = 60 0C.


a) A variação de temperatura da substância é dada por:

∆t = tf - t0

∆t = 60 – 10

∆t = 50 0C

Pela equação da quantidade de calor obtemos o calor específico da substância:

Q = m.c.∆t

400 = 1000 . c . 50

400 = 50 000 . c

400 / 50 000 = c

c = 0,008 (cal / g . 0C )

Resposta: c = 0,008 (cal / g . 0C ) 

 

b) A capacidade térmica é obtida pela equação C = m . c, logo:

C = m.c

C = 1000 . 0,008

C = 8 cal/0C

Respostas :  C = 8 cal/0C

 

Exemplo – 27: