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Física III Termologia 1. Um mecânico, medindo a temperatura de um dispositivo do motor do carro de um turista americano, usou um termômetro cuja leitura digital foi de 92°C. Para que o turista entendesse melhor a temperatura, o mecânico teve de converter a unidade de temperatura para Fahrenheit. Qual foi o valor da temperatura após esta conversão? 2. Um termômetro é encerrado dentro de um bulbo de vidro onde se faz vácuo. Suponha que o vácuo seja perfeito e que o termômetro esteja marcando a temperatura ambiente, 25°C. Depois de algum tempo, a temperatura ambiente se eleva a 30°C. Observa-se, então, que a marcação do termômetro a) eleva-se também, e tende a atingir o equilíbrio térmico com o ambiente. b) mantém-se a 25°C, qualquer que seja a temperatura ambiente. c) tende a reduzir-se continuamente, independente da temperatura ambiente. d) vai se elevar, mas nunca atinge o equilíbrio térmico com o ambiente. e) tende a atingir o valor mínimo da escala do termômetro. 3. Em relação à termometria, é certo dizer que a) - 273 K representa a menor temperatura possível de ser atingida por qualquer substância. b) a quantidade de calor de uma substância equivale à sua temperatura. c) em uma porta de madeira, a maçaneta metálica está sempre mais fria que a porta. d) a escala Kelvin é conhecida como absoluta porque só admite valores positivos. e) o estado físico de uma substância depende exclusivamente da temperatura em que ela se encontra. 4. Duas escalas de temperatura, a Celsius (°C) e a Fahrenheit (°F), se relacionam de acordo com o gráfico. A temperatura em que a indicação da escala Fahrenheit é o dobro da indicação da escala Celsius é: a) 160°C b) 160°F c) 80°C d) 40°F e) 40°C 5. Normalmente, o corpo humano começa a "sentir calor" quando a temperatura ambiente ultrapassa a marca dos 24 °C. A partir daí, o organismo passa a eliminar o suor que é um dos mecanismos do corpo para manter seu equilíbrio térmico. Se a temperatura no interior de um salão de baile carnavalesco variar de 30 °C para 32 °C, o folião ficará com sua roupa completamente encharcada de suor. Essa variação de temperatura nas escalas Fahrenheit (°F) e Kelvin (K) corresponde, respectivamente, a Dados: °C/5 (°F 32)/9 K = °C + 273 a) 1,8 e 1,8. b) 1,8 e 2,0. c) 2,0 e 2,0. d) 2,0 e 3,6. e) 3,6 e 2,0. 6. Almir deve aquecer uma certa quantidade de água até 70°C. Após o início do processo, ele quebrou, acidentalmente, o termômetro e teve que utilizar um outro, graduado em Fahrenheit. Nessa escala, o aquecimento deve parar em Dados: 0°C e 100°C correspondem, respectivamente, a 32°F e 212°F. a) 102. b) 126. c) 142. d) 158. 7. Um cientista criou uma escala termométrica D que adota como pontos fixos o ponto de ebulição do álcool (78 °C) e o ponto de ebulição do éter (34 °C). O gráfico a seguir relaciona esta escala D com a escala Celsius. A temperatura de ebulição da água vale, em °D: a) 44 b) 86 c) 112 d) 120 e) 160 8. Analise as seguintes afirmações sobre conceitos de termologia: I) Calor é uma forma de energia. II) Calor é o mesmo que temperatura. III) A grandeza que permite informar se dois corpos estão em equilíbrio térmico é a temperatura. Está(ão) correta(s) apenas: 1. I. 2. II. 3. III. 4. I e II. 5. I e III. 9. Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de a) 12. b) 21. c) 263. d) 285. 10. Considere uma escala termométrica X tal que, sob pressão normal, ao ponto de fusão do gelo faça corresponder o valor - 20° X e ao ponto de ebulição da água o valor 180° X. Uma queda de temperatura de 5° C corresponde na escala X a a) 16 b) 12 c) 10 d) 8 e) 5 11. Marcela resolveu construir um termômetro e estabeleceu 10ºX e 50ºX para os pontos de fusão e ebulição da água. Calcular o valor encontrado na escala da Marcela que correspondente a 10º C. 12. A temperatura média do corpo humano é de 36,5 ºC. Determine o valor dessa temperatura na escala Fahrenheit. Física III Dilatação 1) O gráfico abaixo representa a variação, em milímetros, do comprimento de uma barra metálica, de tamanho inicial igual a 1,000m, aquecida em um forno industrial. Qual é o valor do coeficiente de dilatação térmica linear do material de que é feita a barra, em unidades de 10-6 °C–1. 2) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 . 10- 6 °C-1. Se a 10°C o comprimento de um trilho é de 30m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40°C? 3) Uma placa apresenta inicialmente uma área de 1,0 m2 a 0°C. Ao ser aquecida até 50°C, sua área aumenta 1,0 cm2. Determine o coeficiente de dilatação superficial do material que constitui a placa. 4) Em uma placa de cobre existe um furo circular que, a 20°C, apresenta área igual a 200 mm2. Qual o acréscimo de área que o furo sofre quando se eleva a temperatura da chapa para 220°C? Sendo, 5) Uma estatueta de ouro foi aquecida de 25°C a 75°C, observando-se um aumento de 2,1 cm3 em seu volume. Sendo 14 · 10 –6 °C–1 o coeficiente de dilatação linear do ouro, qual era o volume inicial dessa estatueta? 6) Qual o coeficiente de dilatação volumétrica de uma barra metálica que experimenta um aumento de 0,1% em seu comprimento para uma variação de temperatura de 100 °C? 7) Um recipiente de cobre, de coeficiente de dilatação volumétrico médio frasco = 51 · 10–6 °C–1, contém mercúrio, a 0 °C, até o volume de 45 cm3. O volume do recipiente a 0 °C é de 46 cm3. Considere o coeficiente de dilatação do mercúrio Hg = 180 · 10–6°C–1. A que temperatura o mercúrio encherá completa- mente o recipiente? 8) Um certo frasco de vidro está completamente cheio, com 50 cm3 de mercúrio. O conjunto se encontra inicialmente a 28 °C. Sendo o coeficiente e dilatação médio do mercúrio igual a 180 · 10–6 °C–1 e o coeficiente de dilatação linear médio do vidro igual a 9 · 10–6 °C–1. Determine o volume de mercúrio extravasado, para a temperatura do conjunto a 48 °C. 9) Um quadrado de lado 2m é feito de um material cujo coeficiente de dilatação superficial é igual a 1,6.10-4. Determine a variação de área deste quadrado quando aquecido em 80°C. 10) Uma chapa de alumínio tem um furo central de 100cm de raio, estando numa temperatura de 12°C. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do alumínio equivale a 22.10-6°C-1, a nova área do furo, quando a chapa for aquecida até 122°C, será equivalente a qual valor em metros? 11) Duas barras de 3 metros de alumínio encontram-se separadas por 1cm à 20°C. Qual deve ser a temperatura para que elas se encostem, considerando que a única direção da dilatação acontecerá no sentido do encontro? Sendo . 12) Um paralelepípedo de uma liga de alumínio ( ) tem arestas que, à 0°C, medem 5 cm, 40 cm e 30 cm. De quanto aumenta seu volume ao ser aquecido à temperatura de 100°C?13) O volume de um bloco metálico sofre um aumento de 0,60% quando sua temperatura varia de 200ºC. Determine o coeficiente de dilatação de dilatação linear médio desse metal. 14) Um anel de ferro com raio interno de 3 cm a 10 °C é aquecido até 110 °C. Seu coeficiente de dilatação térmica linear, nesse intervalo de temperatura, é igual a 12.10-6 °C-1. A variação de sua área interna, em cm², é aproximadamente de? 15) Um vendedor de gasolina recebe em seu tanque 2000L de gasolina á temperatura de 30ºC. Sabendo-se que posteriormente vendeu toda a gasolina quando a temperatura era de 20°C e que o coeficiente de dilatação da gasolina é igual a 1,1.10-4 °C-1, qual o prejuízo que sofreu o vendedor? 16) A figura a seguir mostra uma esfera de aço de 50,1 mm de diâmetro apoiada num anel de alumínio, cujo diâmetro interno é de 50,0 mm, ambos à mesma temperatura. Qual o acréscimo de temperatura que esse conjunto deve sofrer para que a esfera passe pelo anel? (Dados: α aço = 1,08. 10-5 °C-1 e α al = 2,38 . 10-5 °C-1) Física III Calorimetria 1. Um corpo de cobre de massa 50g é aquecido de 20ºC para 80ºC . Sendo c (cobre) = 0,092C cal/g ºC. Determine o calor Q absorvido pelo corpo. 2. O calor específico da água é da ordem de 1,0 cal.g -1. °C-1 e seu calor latente de fusão é igual a 80 cal. g-1. Para transformar 200 g de gelo a 0 °C em água a 30 °C, a quantidade de energia necessária, em quilocalorias, equivale a: a. 8 b. 11 c. 22 d. 28 3. Um calorímetro isolado termicamente possui, inicialmente, 1,0 kg de água a uma temperatura de 55 °C. Adicionamos, então, 500 g de água a 25 °C. Dado que o calor especifico da água é 1,0 cal/(g.°C), que o calor latente de fusão é 80 cal/g e que sua densidade é 1,0 g/cm3, calcule: a. a temperatura de equilíbrio da água; b. a energia (em calorias - cal) que deve ser fornecida à água na situação do item a) para que esta atinja a temperatura de ebulição de 100 °C c. quanto calor deve ser retirado do calorímetro, no item b), para que toda a água fique congelada. 4. Definir calor e temperatura 5. Num piquenique, com a finalidade de se obter água gelada, misturou-se num garrafão térmico, de capacidade térmica desprezível, 2 kg de gelo picado a 0 °C e 3 kg de água que estavam em garrafas ao ar livre, à temperatura ambiente de 40 °C. Desprezando-se a troca de calor com o meio externo e conhecidos o calor latente de fusão do gelo (80 cal/g) e o calor específico da água (1 cal/ g.°C), a massa de água gelada disponível para se beber, em kg, depois de estabelecido o equilíbrio térmico, é igual a a. 3,0. ; b. 3,5. c. 4,0. d. 4,5. e. 5,0. 6. Para certo procedimento industrial, necessita- se de água a 20 °C, mas só se dispõe de água no estado sólido a 0 °C (gelo) e água fervendo a 100 °C. A relação entre a massa de gelo e a massa de água fervendo que se deve misturar em um recipiente adiabático, para a obtenção do desejado, é Dados: calor latente de fusão da água = 80 cal/g e calor específico da água líquida = 1 cal/(g°C) a. 4/5 b. 3/4 c. 2/3 d. 1/2 e. 1/3 7. Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) em relação a alguns fenômenos que envolvem os conceitos de temperatura, calor, mudança de estado e dilatação térmica. a. A temperatura de um corpo é uma grandeza física relacionada à densidade do corpo. b. Uma substância pura ao receber calor ficará submetida a variações de temperatura durante a fusão e a ebulição. c. A dilatação térmica é um fenômeno específico dos líquidos, não ocorrendo com os sólidos. d. Calor é uma forma de energia. e. O calor se propaga no vácuo. 8. Como não ia tomar banho naquele momento, um senhor decidiu adiantar o processo de enchimento de seu ofurô (espécie de banheira oriental), deixando-o parcialmente cheio. Abriu o registro de água fria que verte 8 litros de água por minuto e deixou-o derramar água à temperatura de 20 °C, durante 10 minutos. No momento em que for tomar seu banho, esse senhor abrirá a outra torneira que fornece água quente a 70 °C e que é semelhante à primeira, despejando água na mesma proporção de 8 litros por minuto sobre a água já existente no ofurô, ainda à temperatura de 20 °C. Para que a temperatura da água do banho seja de 30 °C, desconsiderando perdas de calor para o ambiente e o ofurô, pode-se estimar que o tempo que deve ser mantida aberta a torneira de água quente deve ser, em minutos, a) 2,5. b) 3,0. c) 3,5. d) 4,0. e) 4,5. 9. Um calorímetro de capacidade térmica 6 cal/°C contém 80 g de água (calor específico = 1 cal/g°C) a 20°C. Ao se colocar um bloco metálico de capacidade térmica 60 cal/°C, a 100°C, no interior desse calorímetro, verificou-se que a temperatura final de equilíbrio térmico é 50°C. A quantidade de calor perdida para o ambiente, nesse processo, foi de: a. 420 cal b. 370 cal c. 320 cal d. 270 cal e. 220 cal 10. Quanta energia deve ser dada a uma panela de ferro de 300 g para que sua temperatura seja elevada em 100 °C? Considere o calor específico da panela como c = 450 J/ kg °C. a. 300 J b. 450 J c. 750 J d. 1750 J e. 13500 J 11. O gráfico a seguir representa a variação da temperatura de 200,0 g de água, em função do tempo, ao ser aquecida por uma fonte que libera energia a uma potência constante. A temperatura da água no instante 135 s e o tempo que essa fonte levaria para derreter a mesma quantidade de gelo a 0°C são respectivamente: a. 64°C, 200 s b. 64°C, 100 s c. 74°C, 80 s d. 74°C, 200 s e. 74°C, 250 s 12. Uma pessoa recolhe 200g de gelo, à temperatura de - 10 ºC, colocando-a em contato com uma chama, até que sua temperatura atinja 50 ºC. Sendo o calor específico do gelo 0,5 cal/gºC e o calor específico da água 1 cal/gºC. Determine qual é a quantidade de calor cedida pela chama? 13. Colaborando com a campanha de energia a fonte térmica que aquece a água da piscina da escola só é ligada quando a temperatura for inferior a 25ºC. Um dia o zelador verificou que a temperatura para qualquer ponto da piscina era de 20ºC e ligou a fonte térmica cujo fluxo é de 400000 cal/min. Sabendo que a piscina tem 200m3 de água o que equivale aproximadamente a uma massa de 2 . 108 g e seu calor específico é de 1 cal/gºC, determine quanto tempo o zelador deixou ligada a fonte para obter 25ºC. 14. Descreva os três processos de transmissão de calor.
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