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Termologia I

Simulado com 16 exercícios de Física com gabarito sobre o tema Termologia I com questões de Vestibulares.


Você pode conferir as videoaulas, conteúdo de teoria, e mais questões sobre o tema Termologia I.




1. (Fatec-SP) Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente. Podemos afirmar que:

  1. Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500 °C, simultaneamente. Podemos afirmar que:
  2. a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui
  3. a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício
  4. a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino
  5. a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera

Resposta: D

Resolução:

Dilatação linear:

Ao aquecer um material, ele se expande em todas as direções. No caso de um pino e um orifício, ambos de alumínio, podemos considerar que a expansão será linear, ou seja, o aumento no comprimento será proporcional ao comprimento original.

Coeficiente de dilatação térmica:

Cada material possui um coeficiente de dilatação térmica (α) que indica a sua tendência de se dilatar quando aquecido. O alumínio possui um coeficiente de dilatação térmica relativamente alto (α = 23 x 10-6 °C-1).

Diferença na dilatação:

Embora o pino e o orifício sejam do mesmo material, o diâmetro do orifício é maior que o diâmetro do pino. Isso significa que, quando aquecidos à mesma temperatura, o aumento no diâmetro do orifício será maior que o aumento no diâmetro do pino.

Aumento da folga:

Como o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino, a folga entre o pino e o orifício irá aumentar.

2. (MACK)A dilatação de um corpo, ocorrida por causa do aumento de temperatura a que foi submetido, pode ser estudada analiticamente. Se esse corpo, de massa invariável e sempre no estado sólido, inicialmente com temperatura t0, for aquecido até atingir a temperatura 2t0, sofrerá uma dilatação volumétrica ΔV. Conseqüentemente, sua densidade:

  1. passará a ser o dobro da inicial
  2. passará a ser a metade da inicial
  3. aumentará, mas certamente não dobrará
  4. diminuirá, mas certamente não se reduzirá à metade
  5. poderá aumentar ou diminuir, dependendo do formato do corpo

Resposta: D

Resolução:

Relação entre densidade e volume:

A densidade (d) de um material é definida como a sua massa (m) por unidade de volume (V):

d = m / V

Dilatação volumétrica:

Quando um corpo sólido é aquecido, ele se expande em todas as direções, ou seja, o seu volume aumenta. Essa expansão é chamada de dilatação volumétrica.

Efeito da dilatação na densidade:

Como a massa do corpo permanece constante, a dilatação volumétrica causa uma diminuição na densidade. Isso ocorre porque o mesmo volume passa a conter uma massa menor.

Cálculo da mudança na densidade:

A mudança na densidade (Δd) pode ser calculada pela seguinte fórmula:

Δd = - (ΔV / V) * d

Onde:

ΔV é a mudança no volume

V é o volume inicial

d é a densidade inicial

Limite da mudança na densidade:

A mudança na densidade não pode ser igual à metade da densidade inicial. Isso porque a dilatação volumétrica é sempre menor que o volume inicial.

3. (UFES) Dois objetos, A e B, são constituídos do mesmo material e recebem a mesma quantidade de calor. Observa-se que a variação da temperatura do objeto A é o dobro da variação da temperatura do objeto B. Podemos, então, afirmar que:

  1. a capacidade térmica de B é o dobro da de A
  2. o calor específico de B é o dobro do de A
  3. a capacidade térmica de A é o dobro da de B
  4. o calor específico de A é o dobro do de B
  5. os dois objetos têm coeficiente de dilatação térmica diferente

Resposta: A

Resolução:

4. (UNI-RIO) Um pesquisador, ao realizar a leitura da temperatura de um determinado sistema, obteve o valor -450. Considerando as escalas usuais (Celsius, Fahrenheit e Kelvin), podemos afirmar que o termômetro utilizado certamente não poderia estar graduado:

  1. apenas na escala Celsius
  2. apenas na escala Fahrenheit
  3. apenas na escala Kelvin
  4. nas escalas Celsius e Kelvin
  5. nas escalas Fahrenheit e Kelvin

Resposta: D

Resolução: Somente pode ocorrer na escala Fahrenheit (-459) o zero absoluto.

5. (UFMA) Se o vidro de que é feito um termômetro de mercúrio tiver o mesmo coeficiente de dilatação cúbica do mercúrio, pode-se dizer, corretamente, que esse termômetro:

  1. não funciona
  2. funciona com precisão abaixo de 0 °C
  3. funciona com precisão acima de 0 °C
  4. funciona melhor do que os termômetros comuns
  5. funciona independente de qualquer valor atribuído

Resposta: A

Resolução: Essas características inutilizariam o termômetro.

Para entender o porquê, é necessário saber um pouco a respeito da dilatação volumétrica. Em especial, a maneira que ela ocorre no líquido do termômetro que, em geral, proporciona o funcionamento desse objeto.

6. (Uniube-MG) No continente europeu uma linha férrea da ordem de 600 km de extensão tem sua temperatura variando de -10 °C no inverno até 30 °C no verão. O coeficiente de dilatação linear do material de que é feito o trilho é 10-5 °C-1. A variação de comprimento que os trilhos sofrem na sua extensão é, em metros, igual a:

  1. 40
  2. 100
  3. 140
  4. 200
  5. 240

Resposta: E

Resolução:

7. (MACK-SP) As escalas termométricas mais utilizadas atualmente são a Celsius, a Fahrenheit e a Kelvin. Se tomarmos por base a temperatura no interior do Sol, estimada em 2 x 107°C, podemos dizer que tal valor seria praticamente:

  1. o mesmo, se a escala termométrica utilizada fosse a Kelvin
  2. o mesmo, se a escala termométrica utilizada fosse a Fahrenheit
  3. 273 vezes o valor correspondente à medida efetuada na escala Kelvin
  4. 1,8 vez o valor correspondente à medida efetuada na escala Fahrenheit
  5. 0,9 vez o valor correspondente à medida efetuada na escala Fahrenheit

Resposta: A

Resolução:

Comparação entre as escalas:

Celsius: 0°C (ponto de congelamento da água) e 100°C (ponto de ebulição da água)

Fahrenheit: 32°F (ponto de congelamento da água) e 212°F (ponto de ebulição da água)

Kelvin: 0 K (zero absoluto) e 273,15 K (ponto de congelamento da água)

Conversão de Celsius para Kelvin:

Para converter Celsius para Kelvin, basta adicionar 273,15 ao valor em Celsius:

K = °C + 273,15

Conversão de 2 x 107°C para Kelvin:

K = 2 x 107°C + 273,15 = 2,000027315 x 107 K

Comparação com o valor original:

A diferença entre 2 x 107°C e 2,000027315 x 107 K é muito pequena, cerca de 0,000027315%.

8. (Unimep-SP) Quando um frasco completamente cheio de líquido é aquecido, verifica-se um certo volume de líquido transbordado. Esse volume mede:

  1. a dilatação absoluta do líquido menos a do frasco
  2. a dilatação do frasco
  3. a dilatação absoluta do líquido
  4. a dilatação aparente do frasco
  5. a dilatação do frasco mais a do líquido

Resposta: A

Resolução: Quando um frasco completamente cheio de líquido é aquecido, o líquido e o frasco dilatam-se. No entanto, o coeficiente de dilatação do líquido é geralmente menor do que o coeficiente de dilatação do frasco.

9. (ITA) O ar dentro de um automóvel fechado tem massa de 2,6 kg e calor específico de 720 J/kg °C. Considere que o motorista perde calor a uma taxa constante de 120 joules por segundo e que o aquecimento do ar confinado se deva exclusivamente ao calor emanado pelo motorista. Quanto tempo levará para a temperatura variar de 2,4°C a 37°C?

  1. 540 s
  2. 480 s
  3. 420 s
  4. 360 s
  5. 300 s

Resposta: A

Resolução:

10. (Fuvest) Em um copo grande, termicamente isolado, contendo água à temperatura ambiente (25°C), são colocados 2 cubos de gelo a 0°C. A temperatura da água passa a ser, aproximadamente, de 1°C. Nas mesmas condições se, em vez de 2, fossem colocados 4 cubos de gelo iguais aos anteriores, ao ser atingido o equilíbrio, haveria no copo:

  1. apenas água acima de 0 °C
  2. apenas água a 0 °C
  3. gelo a 0 °C e água acima de 0 °C
  4. gelo e água a 0 °C
  5. apenas gelo a 0 °C

Resposta: D

Resolução:

Quando os cubos de gelo são colocados na água à temperatura ambiente, ocorre uma transferência de calor do ambiente para o gelo até que o equilíbrio térmico seja alcançado. Durante esse processo, parte da água é resfriada e parte do gelo é derretida.

No caso de 2 cubos de gelo, a quantidade de calor transferida é suficiente para elevar a temperatura da água para aproximadamente 1°C, enquanto os cubos de gelo derretem e permanecem a 0°C.

Se 4 cubos de gelo iguais forem colocados, mais gelo estará disponível para absorver calor do sistema. Portanto, uma maior quantidade de calor será necessária para elevar a temperatura da água e também para derreter o gelo adicional.

Ao atingir o equilíbrio, é esperado que haja gelo a 0°C e água a 0°C no copo. Isso ocorre porque a água permanecerá na temperatura de fusão até que todo o gelo tenha derretido.

11. (UPE) Assinale a alternativa que indica o evento da natureza que pode ser observado com coerência pelos estudos da calorimetria e dilatação térmica.

  1. A água, ao passar do estado líquido para o sólido, diminui de volume.
  2. Ao adicionar uma pedra de gelo em um copo preenchido parcialmente por água líquida, o volume total dentro do copo diminui, uma vez que a água possui um comportamento anômalo ao congelar.
  3. Transferir energia térmica para uma barra de ferro, cujo ponto de fusão é acima de 1.000 °C, fazendo-a passar de 35 °C para 50 °C, não a fará dilatar, por estar muito longe do seu ponto de fusão.
  4. A água aumenta de volume ao solidificar-se.
  5. A variação da dilatação térmica é inversamente proporcional ao tamanho inicial do material, ou seja, quanto menor for o material, maior será sua variação de dilatação ao aquecer.

Resposta: D

Resolução: Explicação:

Calorimetria:

A calorimetria estuda a troca de calor entre os corpos. No caso da água congelando, o calor é liberado pela água para o ambiente, fazendo com que a temperatura da água diminua.

Dilatação térmica:

A dilatação térmica é o aumento do volume de um material quando sua temperatura aumenta. No caso da água congelando, a água se contrai ao invés de se dilatar.

Comportamento anômalo da água:

A água é um dos poucos materiais que se contrai ao congelar. Isso ocorre porque as moléculas de água se organizam em uma estrutura cristalina hexagonal mais compacta no estado sólido do que no estado líquido.

Eventos relacionados à calorimetria e dilatação térmica:

Transferência de calor: A água libera calor para o ambiente durante o congelamento.

Dilatação térmica: A água se contrai ao congelar.

Eventos que não podem ser explicados por calorimetria e dilatação térmica:

Diminuição do volume total da água e gelo: A água se contrai ao congelar, mas o gelo também se expande. O volume total da água e gelo pode aumentar ou diminuir, dependendo da quantidade de água e gelo.

Dilatação da barra de ferro: A barra de ferro se dilata quando aquecida, mesmo que esteja muito longe do seu ponto de fusão.

Relação inversa entre dilatação e tamanho: A dilatação térmica é proporcional ao tamanho inicial do material.

12. (UFPR) Em Termodinâmica, estudamos processos importantes que fazem parte de ciclos utilizados em máquinas térmicas, alguns dos quais de grande relevância tecnológica, além de científica. Com relação ao que ocorre com um gás ideal, identifique como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas:

( ) Em todo processo isovolumétrico, também chamado de isocórico, o trabalho realizado pelo gás é nulo.

( ) Em todo processo adiabático, a energia interna do gás é constante.

( ) Em todo processo isobárico, não há trocas de calor entre o gás e o meio externo.

( ) Em todo processo isotérmico, a temperatura do gás aumenta quando há realização de trabalho sobre ele.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima para baixo.

  1. V – V – V – V.
  2. F – V – F – F.
  3. F – V – F – V.
  4. F – F – V – F.
  5. V – F – F – F.

Resposta: E

Resolução:

13. (UFRGS) Considere as afirmações abaixo, sobre o comportamento térmico dos gases ideais.

I - Volumes iguais de gases diferentes, na mesma temperatura inicial, quando aquecidos sob pressão constante de modo a sofrerem a mesma variação de temperatura, dilatam-se igualmente.

II - Volumes iguais de gases diferentes, na mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas.

III- Uma dada massa gasosa, quando mantida sob pressão constante, tem temperatura T e volume V diretamente proporcionais.

Quais estão corretas?

  1. Apenas I.
  2. Apenas II.
  3. Apenas I e III.
  4. Apenas II e III.
  5. I, II e III.

Resposta: E

Resolução:

14. (UECE) Seja um anel metálico construído com um fio muito fino. O material tem coeficiente de dilatação linear α e sofre uma variação de temperatura ΔT. A razão entre o comprimento da circunferência após o aquecimento e o comprimento inicial é

  1. αΔT.
  2. 1/(1 + αΔT).
  3. 1/αΔT
  4. 1 + αΔT

Resposta: D

Resolução:

15. (UNESC) Uma substância, ao ser submetida a uma variação de temperatura de 80°C, sofreu dilatação, aumentando seu volume em 10 litros. Calcule o coeficiente de dilatação volumétrica dessa substância. Considere o volume inicial Vi = 500 litros.

  1. 5,0x10-4C-1
  2. 4,5x10-4C-1
  3. 3,5x10-4C-1
  4. 2,5x10-4C-1
  5. 1,5x10-4C-1

Resposta: D

Resolução:

coeficiente de dilatação volumétrica (β) de uma substância pode ser calculado usando a fórmula:

β = Δ/ViΔT

Onde:

• ΔV é a variação de volume,

Vi é o volume inicial,

• ΔT é a variação de temperatura.

Dada a questão, temos:

• ΔV = 10 litros,

•Vi = 500 litros,

ΔT = 80°C.

Substituindo os valores na fórmula, temos:

β = 10/500*80

β = 10/40000

β = 2.5 * 10-4 °C-1

16. (UEMG) Ao conceber um ser cujas faculdades são tão aguçadas que ele consegue acompanhar cada molécula em seu curso, esse ser, cujos atributos são ainda essencialmente tão finitos quanto os nossos, seria capaz de fazer o que atualmente nos é impossível fazer. Consideramos que as moléculas em um recipiente cheio de ar, a uma temperatura uniforme, movem-se com velocidades que não são de modo algum uniformes. Suponhamos agora que tal recipiente é separado em duas porções, A e B, por meio de uma divisória na qual há um pequeno orifício, e que um ser, que pode ver as moléculas individuais, abre e fecha esse orifício, de forma a permitir que somente as moléculas mais rápidas passem de A para B, e somente as mais lentas passem de B para A. Ele irá, portanto, sem nenhum trabalho, elevar a temperatura de B e baixar a de A, contradizendo a 2ª lei da termodinâmica.

Fonte: https://www.scientiaplena.org.br/sp/article/download/635/296 (Adaptado).

O enunciado refere-se ao experimento mental intitulado

  1. Gato de Schrödinger.
  2. Matéria e energia escuras.
  3. Demônio de Maxwell.
  4. Paradoxo de Olbers.

Resposta: C

Resolução: O experimento mental descrito no enunciado é o Demônio de Maxwell, proposto por James Clerk Maxwell em 1867. O experimento imagina um ser hipotético, com habilidades perceptivas e de manipulação excepcionais, capaz de controlar o movimento individual de moléculas.

No experimento, o Demônio de Maxwell separa as moléculas de um gás em duas partes, A e B, permitindo que apenas as moléculas mais rápidas passem de A para B e apenas as mais lentas passem de B para A. Com isso, ele eleva a temperatura de B e diminui a de A, sem realizar trabalho externo.

17. (FATEC) O gráfico apresenta o comportamento de um gás ideal em um processo cíclico que se inicia no ponto A. Com base no gráfico apresentado, podemos afirmar corretamente que

  1. entre os pontos D e A ocorre transformação isocórica e o trabalho realizado pelo gás é negativo.
  2. entre os pontos B e C ocorre transformação isocórica e o trabalho realizado pelo gás é nulo.
  3. entre os pontos C e D ocorre transformação isobárica e o trabalho realizado pelo gás é nulo.
  4. entre os pontos A e B ocorre transformação isocórica de compressão.
  5. entre os pontos A e D ocorre transformação isobárica de expansão.

Resposta: B

Resolução: (F) Na transformação isocórica o trabalho é nulo.

b) (V)

c) (F) Entre C e D o gás recebe energia na forma

de trabalho (o trabalho é negativo).

d) (F) Entre A e B a transformação é isobárica e o

gás realiza trabalho.

e) Entre D e A a transformação é isocórica

18. (UPE) Um gás ideal está confinado dentro de um cilindro de comprimento H e área de seção transversal A. Dentro do cilindro, n moles do gás são mantidos a uma temperatura constante T. A base do cilindro é condutora e possui comprimento H, com condutividade térmica k. A outra extremidade do cilindro está conectada a um reservatório térmico mantido a uma temperatura T0 < T. O pistão, de massa desprezível, é movido de forma que o fluxo de calor na barra é constante. Considere a constante universal dos gases perfeitos igual a R. Então, o módulo da velocidade do pistão após ele ter percorrido uma distância igual a H/2 é

  1. kA (1 – T0/T)/nR
  2. kA (1 – T0/T)/2nR
  3. kA (1 – T0/T)/4nR
  4. 2kA (T0/T – 1)/nR
  5. 4kA (T0/T – 1)/nR

Resposta: B

Resolução: 1. Conservação da energia:

No sistema em questão, a energia total é conservada. A energia interna do gás ideal (U) diminui devido à expansão, enquanto a energia térmica (Q) é transferida para o reservatório térmico através da base condutora.

2. Mudança na energia interna do gás ideal:

A mudança na energia interna do gás ideal pode ser calculada pela fórmula:

ΔU = nCv(T - T₀)

Onde:

n: número de moles de gás

Cv: calor específico molar a volume constante

T: temperatura final

T₀: temperatura inicial

3. Fluxo de calor:

O fluxo de calor (Q) através da base condutora pode ser calculado pela fórmula:

Q = kA(T - T₀)/H

Onde:

k: condutividade térmica da base

A: área da seção transversal da base

H: comprimento da base

4. Igualdade de fluxos:

Como a energia total é conservada, o fluxo de calor que sai do gás ideal (ΔU) é igual ao fluxo de calor que entra no reservatório térmico (Q):

nCv(T - T₀) = kA(T - T₀)/H

5. Cálculo da velocidade do pistão:

A velocidade do pistão (v) pode ser calculada pela fórmula:

v = dH/dt

Onde:

dH: distância percorrida pelo pistão

dt: tempo decorrido

6. Solução da equação:

Substituindo a expressão de dH na equação da velocidade, obtemos:

v = kA(T - T₀)/2nRH

7. Considerações:

A massa do pistão é desprezível, o que significa que sua inércia não influencia no movimento.

O fluxo de calor é constante, o que significa que a temperatura do gás ideal varia linearmente com o tempo.

Conclusão:

Portanto, o módulo da velocidade do pistão após ele ter percorrido uma distância igual a H/2 é kA(1 - T₀/T)/2nR.

19. (UDESC) Um gás ideal monoatômico, com n mols e inicialmente na temperatura absoluta T, sofre uma expansão adiabática até que sua temperatura fique a um terço de sua temperatura inicial.

Logo, o gás:

  1. absorveu uma quantidade de calor igual a nRT.
  2. se expandiu isobaricamente.
  3. realizou trabalho liberando uma quantidade de calor igual a nRT.
  4. se expandiu aumentando sua energia interna de nRT.
  5. realizou trabalho e sua energia interna diminuiu de nRT.

Resposta: E

Resolução: Explicação:

1. Processo adiabático:

Uma expansão adiabática é um processo termodinâmico em que não há troca de calor entre o sistema e o ambiente. Isso significa que a energia interna do sistema (U) é constante durante o processo.

2. Gás ideal monoatômico:

Para um gás ideal monoatômico, a energia interna é diretamente proporcional à temperatura. Isso significa que, se a temperatura do gás diminui, sua energia interna também diminui.

3. Expansão do gás:

Ao se expandir, o gás realiza trabalho contra a pressão externa. Esse trabalho é feito à custa da energia interna do gás, fazendo com que a temperatura do gás diminua.

4. Cálculo do trabalho realizado:

O trabalho realizado pelo gás durante a expansão adiabática pode ser calculado pela fórmula:

W = nCv(T₁ - T₂)

Onde:

n: número de moles de gás

Cv: calor específico molar a volume constante

T₁: temperatura inicial

T₂: temperatura final

5. Relação entre as temperaturas:

No enunciado, a temperatura final do gás é um terço da temperatura inicial:

T₂ = T₁/3

6. Substituindo na fórmula do trabalho:

Substituindo a relação entre as temperaturas na fórmula do trabalho, obtemos:

W = nCv(T₁ - T₁/3) = 2nCvT₁/3

7. Diminuição da energia interna:

Como a energia interna do gás é constante durante o processo adiabático, a diminuição da energia interna do gás é igual ao trabalho realizado pelo gás:

ΔU = -W = -2nCvT₁/3

Conclusão:

Portanto, o gás ideal monoatômico, ao sofrer uma expansão adiabática até que sua temperatura fique a um terço de sua temperatura inicial, realiza trabalho e sua energia interna diminui de nRT.

Observações adicionais:

A expansão adiabática é um processo reversível.

O gás ideal monoatômico possui 3 graus de liberdade.

O calor específico molar a volume constante para um gás ideal monoatômico é Cv = 3R/2.

20. (UPE) A figura ilustra os diversos processos termodinâmicos a que um gás é submetido em uma máquina térmica. Os processos AB e DE são isocóricos, EA e CD são adiabáticos, e o processo BC é isobárico. Sabendo que a substância de trabalho dessa máquina é um gás ideal, determine a sua eficiência.

  1. 10%
  2. 25%
  3. 35%
  4. 50%
  5. 75%

Resposta: D

Resolução:

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