1. CONCEITO 3. CONCEITOS BÁSICOS 3.2. ENERGIA TÉRMICA 3.1. TEMPERATURA

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1 T E R M O L O G I A 1. CONCEITO É a parte da Física que estuda os fenômenos relacionados ao calor. Didaticamente é dividida em Termometria, Calorimetria, Dilatação térmica e Termodinâmica. agitação médio (energia cinética média) das partículas que compõem um dado sistema físico. 2. T E R M O M E T R I A É a parte da Termologia que estuda as relações entre a temperatura e outras grandezas termométricas. No nosso dia a dia, temos impressões subjetivas através do nosso tato a respeito do estado térmico de corpos ou de sistemas físicos. Estas impressões são por nós traduzidas por termos como: quente, frio, morno, gelado, etc. Como a sensação térmica é variável entre indivíduos e até para um mesmo indivíduo, ela não se presta como medida da temperatura de um sistema. Por exemplo, imaginemos a seguinte situação: uma pessoa se encontra em frente a três recipientes contendo água com temperaturas diferentes, um a 10ºC, e os outros a 30 C e 55 C. Ela então coloca uma das mãos no recipiente com água a temperatura de 10 C e a outra mão no recipiente com água a 55 C deixando-as em contatos com as respectivas porções de água por certo intervalo de tempo. Após este intervalo, ela coloca as duas mãos no recipiente que contém água a 30 C. Ela irá observar que para a mão que estava em contato com a água a 10 C, a água a 30 C parecerá quente, e para a mão que estava em contato com a água a 55 C, ela parecerá fria. 3. CONCEITOS BÁSICOS 3.2. ENERGIA TÉRMICA Corresponde à soma das energias cinéticas E ci das partículas constituintes de um sistema em virtude de seus movimentos de translação, vibração ou rotação. O nível de energia térmica de um sistema depende da velocidade com que suas partículas se movimentam. Dizer que em um sistema a energia térmica é maior que em outro, não significa dizer que este sistema se encontra a uma temperatura maior que o outro. Observe os exemplos abaixo. Ex. 1 Recipiente 1 Recipiente 2 Grau de Agitação Neste exemplo, a energia térmica no recipiente 1 é maior que no recipiente 2 pois, no primeiro temos mais partículas vibrando. Porém, a temperatura nos dois recipientes é a mesma pois, as partículas em cada um deles possuem o mesmo grau de agitação TEMPERATURA Se pegarmos um recipiente tampado contendo água e começarmos a agitá-lo, podemos observar que a temperatura da água começa a aumentar. Com base neste experimento, como podemos então conceituar temperatura? Ora, à medida que agitamos o recipiente, as moléculas da água aumentam o grau de agitação. Desta forma, podemos então definir temperatura sob um ponto de vista microscópico, como a medida do grau de 1

2 Ex. 2 A N O T A Ç Õ E S Recipiente 1 Recipiente 2 No recipiente 1, temos mais partículas vibrando porém no recipiente 2 apesar de termos um menor número de partículas, estas possuem maior grau de agitação. Desta forma, podemos afirmar que a temperatura é maior no recipiente 2 mas, não podemos garantir em qual deles a energia térmica é maior (inclusive podem ser iguais) Sendo assim, temos que: 3.3 ENERGIA INTERNA ( U ) A energia interna de um sistema termodinâmico, que normalmente se denota por U ou E, é a soma da energia cinética, devido à rotação, translação e vibração das partículas, e da energia potencial, que inclui a energia potencial entre partículas e a energia da ligação química entre os átomos das moléculas. Com base nesta definição, claramente constatamos que a energia interna de um sistema é uma variável de estado extensiva, uma vez que a energia interna é tanto maior, quanto maior for o número de partículas do sistema. Para os gases ideais, a energia interna corresponde somente a energia cinética (térmica), visto que nestes gases a energia potencial de ligação é considerada nula pois, cada partícula se movimenta de maneira independente e aleatória. Ainda sobre os gases ideais, as colisões entre suas partículas são perfeitamente elásticas não havendo dissipação de energia devido às mesmas. 2

3 3.4 CALOR Para estabelecer o equilíbrio térmico entre dois corpos é necessário que uma certa quantidade de energia seja transferida de um corpo para o outro. Essa transferência de energia se dá sempre do corpo de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa. A essa energia que se transfere de um corpo para o outro devido a uma diferença de temperatura entre ambos damos o nome de calor. Podemos, então, afirmar que: O calor é a energia térmica em trânsito entre dois corpos. Dois corpos trocam calor até entrarem em equilíbrio térmico. Se tomarmos três corpos e descobrirmos que dois deles estão em equilíbrio térmico com o terceiro, então podemos afirmar que estarão em equilíbrio térmico entre si. (Princípio número zero da termodinâmica). Para a construção de um termômetro devemos criar uma escala que nos permita uma medida numérica da temperatura. Para isso, escolhemos dois pontos fixos, que servem para determinar um intervalo padrão de temperatura. Esses pontos fixos são estados térmicos bem caracterizados por um fenômeno físico qualquer. É muito comum utilizarmos o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água como pontos fixos. O intervalo padrão é, em seguida, subdividido em partes iguais e cada uma das quais recebe o nome de grau. Por último, associamos números a cada uma das divisões obtidas anteriormente. Essa associação de números cria a escala termométrica. Os valores atribuídos a cada uma das divisões do intervalo padrão de temperatura são completamente arbitrários. Porém se atribuirmos valores aos pontos fixos, automaticamente determinamos a quantidade de divisões do intervalo padrão; estamos, então, criando uma escala termométrica particular. Logo, qualquer pessoa pode criar uma escala termométrica e nela colocar o nome que achar melhor. Porém existe uma série de escalas conhecidas mundialmente. Passamos a apresentar os valores das temperaturas dos pontos fixos para as três escalas mais conhecidas. Escala 1 o ponto fixo 2 o ponto fixo Celsius ( C) Fahrenheit ( F) Kelvin ( K) Característica do estado Fusão do gelo Ebulição da água T E R M O M E T R I A Para medirmos quantitativamente a temperatura de um corpo ou de um sistema, necessitamos de um instrumento de medida preciso: o termômetro. A medida da temperatura de um corpo é sempre indireta. De fato, mede-se outra grandeza (propriedade) que está relacionada com a temperatura. As grandezas que variam em função da temperatura recebem o nome de grandezas termométricas. Como exemplo de grandezas termométricas, podemos citar o volume de um corpo, sua densidade, sua solubilidade, sua resistência elétrica, entre outras. Para a construção de um termômetro, instrumento que mede determinada grandeza termométrica, é importante fazer a relação entre ela e a temperatura por meio de uma equação termométrica. Essa equação fornece o valor da temperatura T, em função da grandeza termométrica do corpo. EXEMPLO: T = a. x + b Nessa equação termômetrica, temos: T é a temperatura. a e b são constantes, com a 0. x é a grandeza termométrica. Como já vimos, comparar as temperaturas dos corpos usando apenas o tato pode levar a imprecisões. Para obter, com maior exatidão, a temperatura dos corpos, usamos o termômetro. Há diversos tipos de termômetros para diferentes usos: termômetro de mercúrio, termômetro de gás (à pressão ou volume constantes), termômetro de resistência elétrica etc. Para a utilização de um termômetro, é necessário primeiramente graduá-lo e calibrá-lo. Fazer a graduação significa dividir em graus, atribuindo valores numéricos à respectiva unidade de medida, e fazer a calibração significa escolher dos valores, algumas vezes arbitrários, e subdividir esse intervalo em graus. Esses pontos recebem, na Termometria, o nome de pontos fixos. Diversos físicos utilizaram pontos fixos diferentes durante a calibração dos termômetros. Os pontos fixos mais utilizados são, a temperatura de fusão e a de ebulição da água, sob pressão atmosférica normal. Esses pontos fixos aproveitam o fato da temperatura de uma substância se manter constante durante uma mudança de estado físico. Nesse caso, são chamados de ponto de gelo e ponto de vapor. Os valores numéricos adotados 3

4 para cada um desses pontos são novamente arbitrários e dependem da escala utilizada, como veremos adiante. Termômetros e Escalas Termométricas ESCALA FAHRENHEIT Na escala Fahrenheit, criada pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit ( ), foi atribuído o valor de 32 F, para o ponto de gelo e 212 F, para o ponto de vapor. Assim, o intervalo de temperatura entre os pontos fixos é dividido em 180 partes iguais. Essa escala é mais utilizada nos países de colonização inglesa. A unidade de medida é o grau Fahrenheit ( F). Um termômetro de mercúrio possui um bulbo (reservatório de vidro) contendo mercúrio ligado a uma haste de vidro. Com a variação da temperatura, o mercúrio sofre dilatação térmica, aumenta de volume e sobe pela haste até determinada altura. Entre 1700 e 1750, foram construídos os primeiros termômetros de bulbo pelos físicos Gabriel Daniel Fahrenheit e Anders Celsius. Várias escalas termométricas surgiram ao longo do tempo, e para cada uma delas, adotou-se uma convenção para os pontos fixos e seus respectivos valores. A fim de facilitar os estudos científicos, procurou-se padronizar e adotar escalas que fossem aceitas pela comunidade científica internacional. ESCALA CELSIUS A escala Celsius foi criada pelo astrônomo físico sueco Anders Celsius ( ) e atualmente é adotada na maioria dos países. A unidade de medida é o grau Celsius ( C). Nessa escala, o ponto do gelo corresponde a grau (0 C) e o ponto do vapor de água, a 100 graus (100 C), a pressão de 1 atm. Naturalmente, o intervalo entre esses pontos fixos foi dividido em 100 partes. Os valores 32 F e 212 F, que não são múltiplos de 10, podem ser explicados pelas diversas modificações que o físico implementou na escala durante suas pesquisas. Por exemplo, ele utilizou uma mistura de gelo, água e sal para atribuir o valor de 0 F. ESCALA KELVIN (Absoluta) O físico inglês Lord Kelvin ( ) foi um dos primeiros a afirmar a existência teórica de uma temperatura mínima em que todas as partículas de matéria cessariam a agitação e não teriam energia cinética. A escala Kelvin é chamada de absoluta por atribuir a esse estado de mínima energia o valor 0 K, também chamado de zero absoluto. Por convenção, não se usa a palavra "grau" nessa escala. Assim, a escala termométrica Kelvin não possui valores negativos, inicia-se no zero e possui como unidade de medida o Kelvin (K). Nela, atribui-se o valor aproximado de 273 K para o ponto de fusão do gelo, a pressão normal, e 373 K para o ponto de ebulição da água. 4

5 A escala Kelvin, assim como a escala Celsius, a uma escala centesimal. Portanto, para obtermos um valor, na escala Celsius, de uma temperatura dada em Kelvin, é só subtrairmos 273. Assim, podemos concluir que o zero absoluto na escala Kelvin equivale a -273 C. O valor mais preciso para o zero absoluto e -273,15 C, mas por simplificação adotaremos o valor de -273 C. ESCALA RANKINE Nessa escala, em homenagern ao engenheiro e físico escocês William John Macquorn Rankine ( ), o ponto de gelo tem valor de 492 R, e o ponto de vapor tem valor de 672 R. Essa escala tem duas características interessantes. Para uma variação de temperatura de 1 F, temos uma variação de 1 R na escala Rankine. Assim, podemos transformar a escala Fahrenheit na escala Rankine e vice-versa, por meio de uma simples mudança de origem. E também a escala Rankine, como a escala Kelvin, a uma escala absoluta, pois atribui ao estado de zero absoluto o valor zero (0R). Resumindo, estes são os pontos fixos nas escalas Celsius, Fahrenheit, Kelvin e Rankine, todos sob pressão normal: RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS Um mesmo estado térmico pode ser expresso por qualquer uma destas escalas. Assim, apresentamos aqui as relações entre as temperaturas de um mesmo estado térmico nas escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin. O esquema mostra essas três escalas com os valores do primeiro e segundo pontos fixos. TESTES DE SALA 01. No deserto do Saara registrou-se certo dia a temperatura de X C. Se a escala utilizada tivesse sido a Fahrenheit, a leitura seria 72 unidades mais alta. Determine o valor dessa temperatura. 5

6 02. (UFBA) Num laboratório de termometria, um técnico calibrou um termômetro de mercúrio de modo que a medida da altura da coluna, sob pressão normal, era de 5 cm, quando em equilíbrio com gelo fundente em água, e de 25 cm, quando em contato com água em ebulição. Determine, em centímetros, a altura da coluna do termômetro, num ambiente a 25 C. 03. Comparando-se a escala X de um termômetro com uma escala Celsius, obtêm-se o gráfico de correspondência entre as medidas. Dessa forma, a temperatura de solidificação da água no termômetro de escala X será: X C OMPORTAMENTO TÉRMICO DOS SÓLIDOS No estado sólido, as moléculas da substância se dispõem de maneira regular e entre elas agem intensas forças de coesão. As moléculas não permanecem em repouso, mas seu movimento é muito limitado, havendo apenas uma vibração em torno de certas posições. À medida que aumenta a temperatura de um sólido, a amplitude das vibrações moleculares aumenta. Em consequência, tornam-se maiores as distâncias médias entre as moléculas, aumentando as dimensões do corpo sólido. A esse fenômeno dá-se o nome de dilatação térmica. O estudo da dilatação térmica é apenas experimental. Embora a dilatação ocorra simultaneamente nas três dimensões do sólido, é costume analisar-se separadamente uma dilatação linear (para uma dimensão), uma dilatação superficial (para duas dimensões) e uma dilatação volumétrica (para três dimensões). A DILATAÇÃO TÉRMICA NA PRÁTICA DIÁRIA Há várias situações em que a dilatação térmica dos materiais pode provocar problemas que precisam ser resolvidos de forma conveniente. Veja alguns deles: Problema: Em dias quentes, os trilhos das ferrovias tendem a se dilatar, podendo encurvar C a) 5 X b) 5 X c) 0 X d) 3 X e) 3 X Solução: Deixar espaços entre as barras dos trilhos para permitir sua expansão. DILATAÇÃO LINEAR Suponha que tivéssemos uma barra de comprimento L o a uma temperatura T o. Quando passássemos a sua temperatura para T, o seu novo comprimento seria L o + L, onde L é o acréscimo causado pela mudança de temperatura. 6

7 Descobriu-se experimentalmente que a variação de comprimento ( L) é diretamente proporcional à variação de temperatura ( T) e ao comprimento da barra L o. L T L L 0 onde é uma constante denominada coeficiente de dilatação linear, que depende do material de que é constituída a barra. Da expressão anterior DILATAÇÃO SUPERFICIAL Consideremos uma placa de área A o na temperatura T o. Se a temperatura aumentar para T, a área da placa aumenta para A. Houve, então, uma dilatação superficial, caracterizada pela variação de área. A A = A - A o A unidade do coeficiente de dilatação é o inverso da unidade de temperatura o 1 o 1 1,, ou C, F, K o o C F K Após o aquecimento, o novo comprimento da barra será: o que mostra que o comprimento da barra varia linearmente com a temperatura. A variação de área, A, é diretamente proporcional à área inicial, A o, e à variação de temperatura T, sendo válido escrever: O coeficiente de proporcionalidade,, é uma característica do material que constitui a placa, denominado coeficiente de dilatação superficial do material. Para cada substância, o coeficiente de dilatação superficial,, é praticamente igual ao dobro do coeficiente de dilatação linear,. Graficamente, teríamos uma reta de coeficiente linear L 0 e de coeficiente angular L 0. Após o aquecimento, a nova área da placa será: DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA TESTE D E SALA O coeficiente médio de dilataçao térmica linear do aço é 1,2x 10 5 C 1.Usando trilhos de aço de 5,0 m de comprimento, um engenheiro construiu uma ferrovia, deixando um espaço de 0,24 cm entre os trilhos, quando a temperatura era de 28 C. Num dia de sol forte, por causa da dilatação térmica, os trilho soltaram-se dos dormentes. Calcule a temperatura mínina que os trilhos devem ter atingido. Chamamos de V o ao volume de um sólido na temperatura T o. Aumentando a temperatura para T, o volume do sólido aumenta para V. V o Ocorreu, portanto, uma dilatação volumétrica, caracterizada pela variação do volume V = V - V o. A variação de volume V é diretamente proporcional ao volume inicial V o e à variação da temperatura T. V O coeficiente é uma característica do material que constitui o corpo sólido, denominado coeficiente de dilatação volumétrica do material. 7

8 Para cada substância, o coeficiente de dilatação volumétrica,, é praticamente igual ao triplo do coeficiente de dilatação linear. Após o aquecimento, o novo volume do cubo será: in Dilatação linear Dilatação superficial 02. Grande parte dos fenômenos que ocorrem no dia a dia estam relacionados ao comportamento térmico dos corpos. Para que se possa conviver sem maiores consequências com os efeitos destes fenômenos, os homens utilizam-se de técnicas adequadas. Sobre os efeitos das variações de temperatura sobre os corpos, pode-se afirmar: a) a dilatação L de uma barra sólida homogênea é inversamente proporcional ao comprimento inicial L o, e à sua variação de temperatura T. b) nas lâmpadas incandescentes, o material metálico que constitui a rosca deve ter coeficiente de dilatação superior ao do vidro que forma o seu bulbo. c) a dilatação de um corpo sólido, devido à absorção do calor, é consequência do aumento da amplitude das vibrações moleculares. d) os corpos ocos se dilatam mais que os corpos maciços. e) as trenas de aço, usadas sob sol intenso, faz medidas menores do que em condições normais. DILATAÇÃO TÉRMICA DOS LÍQUIDOS Como os líquidos não possuem formas definidas, somente nos interessamos pela sua dilatação volumétrica. Se tomarmos uma certa quantidade de líquido contida em um recipiente graduado para leitura volumétrica a uma temperatura T o e aquecermos o sistema (recipiente + líquido) a uma temperatura T, o recipiente nos indicará um novo Volume 2. Entretanto a diferença V 2 V 1 não nos dará diretamente a variação de volume do líquido, pois o recipiente também sofreu dilatação. Na verdade, V 2 V 1 = V ap, onde V ap é chamado variação volumétrica aparente do líquido. Partindo da hipótese que o frasco sofreu uma dilatação volumétrica V F, então a variação de volume real do líquido será: Dilatação volumétrica TESTES DE SALA 01. Uma chapa plana de uma liga metálica de coeficiente de dilatação linear o e-1 tem área A a temperatura de 20 o C. Para que a área dessa placa aumente 1%, devemos elevar sua temperatura para quanto? V R.V. T Como VAP AP. VO. T V. V. T Obtemos: F R F O O Onde: R = coeficiente de dilatação real do líquido; ap = coeficiente de dilatação aparente do líquido; F = coeficiente de dilatação volumétrica do material do recipiente. 8

9 TESTE DE SALA Um recipiente de ferro contém, até a borda, 100 cm³ de álcool à temperatura de 20 C. Sendo o coeficiente de dilatação linear do ferro de 1, C 1 e o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool de 1, C 1, o conjunto (recipiente + álcool) é aquecido até 60 C. Pedem-se: a) a dilatação do recipiente; b) a dilatação do líquido (é a dilatação real do álcool); c) a dilatação aparente do álcool. CALOR SENSÍVEL E CALOR ESPECÍFICO A quantidade de calor (Q) necessária para provocar num corpo uma variação de temperatura é diretamente proporcional à massa (m) do corpo e à variação de temperatura ( T). Do exposto, podemos escrever: O coeficiente de proporcionalidade c é chamado calor específico, no intervalo de temperatura T. O calor específico de uma substância indica numericamente a quantidade de calor necessária para elevar de 1 grau de temperatura uma unidade de massa dessa substância. O calor específico da água é 1 cal/g. C. TESTE D E SALA Um corpo de massa 200 g recebe 400 cal. Em virtude do que sua temperatura se eleva de 45 o C para 55 o C, sem mudança de estado de agregação. Determinar o calor específico da substância. C A L O R I M E T R I A Vimos que ao colocarmos em contato dois corpos à temperaturas diferentes, após um certo tempo eles atingem o equilíbrio térmico, ou seja, suas temperaturas tornam-se iguais. Isto ocorre porque uma certa quantidade de calor passa do corpo de temperatura mais alta para o de temperatura mais baixa. Quando um corpo qualquer recebe ou cede uma quantidade de calor, esse calor pode provocar no corpo apenas uma variação de sua temperatura ou uma mudança de seu estado físico. A quantidade de calor que provoca em um corpo uma variação de sua temperatura é denominada calor sensível e a que provoca uma mudança de estado é denominada calor latente. Neste item, vamos analisar apenas os aspectos ligados à variação de temperatura de um corpo. C A L O R I A A unidade de calor comumente adotada para medir quantidade de calor, portanto de energia, é a caloria. Já sabemos que no sistema MKS a unidade de energia é joule (J), mas em termologia calor geralmente é medido em calorias. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para aquecer um grama de água pura, de 14,5 C a 15,5 C, sob pressão atmosférica normal. CAPACIDADE TÉRMICA Capacidade térmica (C) de um corpo é o quociente entre a quantidade de calor (Q) cedida ao corpo e a correspondente variação de temperatura ( T) sofrida por ele. Assim: Comparando-se esta equação com a do calor sensível: Q = c.m. T, obtemos: ou seja: a capacidade térmica de um corpo é dada pelo produto de sua massa pelo calor específico da substância que o constitui. 9

10 TESTE DE SALA O gráfico a seguir ilustra a variação de temperatura sofrida por 10 g de um corpo em função do calor absorvido TESTES DE SALA 01. Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, misturam-se 500 g de água a 20 o C e duas substâncias A e B, de massas, calores específicos e temperaturas iniciais, respectivamente, iguais a 100g e 800g. 0,2 cal/g o C e 0,1 cal/g o C e 80 o C e 100 o C. Determine a temperatura de equilíbrio térmico da mistura, supondo que não ocorra mudança de fase. Determine: a) a capacidade térmica do corpo; b) o calor específico da substância de que é constituído o corpo. PRINCÍPIO FUNDAMENTAL DA CALO- RIMETRIA Se colocarmos em um recipiente termicamente isolado vários corpos com temperaturas diferentes, eles irão trocar calor entre si até atingir o equilíbrio térmico. Como o sistema é isolado, então todo o calor cedido será absorvido pelas próprias substâncias componentes do sistema. Assim, poderemos afirmar: Em um sistema isolado, a soma algébrica das trocas de calor é nula. No nosso exemplo: 02. Determine a capcidade térmica de um calorímetro contendo 200 g de água a 15 C, que, tendo recebido mais 90 g de água fervente, tem a temperatura final de equilíbrio térmico igual a 36 C. Para a medição de calor, utilizam-se aparelhos que, com boa aproximação, podem ser considerado como um sistema isolado. Estes aparelhos são denominados calorímetros. 10

11 TESTES DE CASA 01. (UESC-00) Dois ou mais corpos, ao atingirem o equilíbrio térmico entre si, apresentam: a) a mesma energia térmica. b) a mesma quantidade de calor. c) o mesmo calor específico. d) a mesma capacidade térmica. e) a mesma temperatura. 02. (UCS-03) Considere duas massas de um gás ideal monoatômico A e B. Em um dado instante a temperatura de A é maior do que a de B. Isso significa que a: a) quantidade de calor de A é maior do que a de B. b) quantidade de calor de A é menor do que a de B. c) massa A possui mais energia que a massa B. d) energia cinética média das moléculas de A é menor do que a de B. e) energia cinética média das moléculas de A é maior do que a de B. 03. (FDC-03) Nas alternativas abaixo tem-se anotações de temperaturas, em diversas escalas termométricas, sendo uma delas impossível de ser obtida em qualquer laboratório científico. Assinale-a. a) 243 ºC b) 373 K c) 14 K d) ºF e) 327 ºF 04. (FDC-01) A temperatura de um corpo é F na escala Fahrenheit e C na escala Celsius. Sendo F C = 72, o valor da temperatura na escala Celsius vale: a) 30 b) 38 d) 50 c) 44 e) (UCS-01) Uma tabela fornece, para a pressão de 1,0 atm, os pontos de fusão do chumbo, do gelo e da prata e pontos de ebulição da água e do hidrogênio. Tais valores são, na escala internacional de temperaturas Kelvin, respectivamente: a) 20, 273, 1235, 373 e 601 b) 20, 373, 1235, 273 e 601 c) 601, 273, 1235, 373 e 20 d) 1235, 273, 601, 20 e 373 e) 1235, 373, 601, 273 e (UCS/02) Certo termômetro clínico permite leituras de 34 o C a 44 o C. Na escala Fahrenheit, o intervalo de leituras desse termômetro clínico é: a) 212 b) 180 d) 18 c) 32 e) (UNIT/02) Dois termômetros, um graduado na escala Celsius e outro na escala Fahrenheit, são colocados em um mesmo ambiente. A indicação do termômetro com escala Fahrenheit é o triplo da indicada na escala Celsius. A temperatura do ambiente, em o F, é: a) 96 b) 88 d) 45 c) 80 e) (UCS/01) Um termômetro de mercúrio está graduado em duas escalas: Celsius e Fahrenheit. Num ambiente em que a indicação desse termômetro na escala Fahrenheit é 77 o F, a indicação na escala Celsius é: a) 15 b) 20 d) 30 c) 25 e) (UCS/01) Um certo termômetro graduado numa escala arbitrária E indica 70 o E para a temperatura de 40 o C e 120 o E para a de 60 o C. Num ambiente cuja temperatura é de 30 o C, o termômetro graduado na escala E indicará: a) 64 b) 45 d) 38 c) 40 e) (UNIT/00) O esquema abaixo representa uma equivalência entre os valores numéricos das temperaturas indicadas nos termômetros X, Y e Z. As escalas utilizadas na calibração dos termômetros X, Y e Z são, respectivamente: a) Fahrenheit, Kelvin e Celsius. b) Fahrenheit, Celsius e Kelvin. c) Celsius, Kelvin e Fahrenheit. d) Celsius, Fahrenheit e Kelvin. e) Kelvin, Fahrenheit e Celsius. 11. (UCS/02) Uma escala de temperatura arbitrária X se relaciona com a escala absoluta Kelvin pela relação: 2t X = 4. t K O limite inferior de temperatura na escala X é: a) 546 b) 50 d) 25 c) zero e)

12 12. (FAVIC/03) 16. (UEFS/01) Considere uma barra de metal que tem comprimento igual a 200,00cm, quando colocada em gelo em fusão, e 200,02cm, quando colocada em presença de água em ebulição. Com base nessa informação, pode-se concluir que o aumento do comprimento da barra, em 10 3 cm, quando a temperatura for de 40 o C, é igual a: O gráfico relaciona a altura h da coluna de mercúrio no capilar de um termômetro, em função da temperatura T. A partir dessa informação, pode-se afirmar que a temperatura correspondente à altura de 6cm na coluna de mercúrio é igual, em o C, a: a) 9 b) 8 d) 6 c) 7 e) 5 a) 10 b) 8 d) 4 c) 6 e) (UNIT/01) Um logotipo formado por um triângulo retângulo XYZ está cunhado em uma placa metálica, homogênea e de espessura uniforme, na temperatura ambiente. Quando essa placa é aquecida a uma temperatura elevada, o triângulo XYZ do logotipo tende para a forma da figura: a) 13. (Fundação Carlos Chagas- SP) No gráfico ao lado, está representada a relação entre a escala termométrica Celsius (T) e uma escala X(t). Qual é a equação de T em função de t? b) d) a) T = ,6t b) T = 80t - 20 d) T = (20 + 0,6t) / 80 c) T = (t - 20) / 0,6 e) T = (80 + 0,6t) / 20 c) e) 14. (UESC/03) A relação entre uma escala arbitrária X e a Celsius é dada pela equação Tx = 5 T c + 8, em que Tx e Tc são as temperaturas medidas em o X e o C, respectivamente. A partir dessas informações, pode-se concluir. a) O ponto de gelo correspondente a 5 o X. b) O ponto de vapor correspondente a 8 o X. c) A temperatura igual a 28 o X equivale a 100 o C. d) A escala X é uma escala absoluta. e) A escala Celsius é uma escala absoluta. 15. (UNIBAHIA/01) Um fio metálico, de comprimento L o, colocado em contato com uma fonte térmica, sofre uma elevação de temperatura e apresenta uma variação de comprimento L. Nessas condições, a razão que constitui o fio, o: L representa, para o material L o 18. (UNIT/02) Uma barra metálica sofre uma variação de comprimento equivalente a 0,06% do seu comprimento inicial, quando a temperatura varia de 20 o C para 170 o C. O coeficiente de dilatação linear do metal, em o C 1, vale: a) 4, b) 6, d) 4, c) 9, e) 6, (FDC/02) Certa barra metálica sofre dilatação de 0,2 % de seu comprimento inicial quando a temperatura aumenta de 100 o C. O coeficiente de dilatação linear do metal, em o C 1, é: a) b) d) c) e) a) coeficiente de dilatação linear. b) coeficiente de dilatação volumétrica. c) calor específico. d) calor latente de fusão. e) coeficiente de condutibilidade térmica. 12

13 20. (UCS/02) Uma barra metálica A tem o dobro do comprimento de outra barra B, do mesmo material. A barra A sofre certa variação de temperatura, enquanto a barra B experimenta o dobro dessa variação de temperatura. A razão entre as dilatações térmicas das barras A e B, nessas condições, é: a) b) c) d) 1 e) (UCS/00) Uma lâmina bimetálica é um dispositivo que se curva quando a temperatura T varia. Para construí-la, colamse duas tiras de materiais com coeficientes de dilatação linear diferentes. Na figura, o material Y tem maior coeficiente de dilatação e, por isso, quando a temperatura aumenta, a lâmina se curva. 22. (UNIBAHIA/02) Para medir a temperatura de um forno, introduziu-se uma barra metálica, a 30 o C, no seu interior. Quando a barra atingiu o equilíbrio térmico com o forno, verificou-se um aumento linear de 0,2% do seu comprimento inicial. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear da barra, no intervalo térmico considerado, é igual a 2, o C 1, a temperatura do forno, em o C, é igual a: a) 103 b) 113 d) 130 c) 123 e) (UNIT/00) Considere três barras metálicas homogêneas A, B e C. O gráfico abaixo representa os comprimentos das barras em função da temperatura. Os coeficientes de dilatação linear das barras A, B e C valem, respectivamente, A, B e C. A relação correta entre A, B e C é: A figura esquematiza as lâminas bimetálicas I, II, III e IV construídas com os materiais 1, 2, 3 e 4, cujos coeficientes de dilatação estão indicados na tabela. a) A = B = C b) A = B = 2 C d) A = B = C /2 c) A = C = 2 B e) A = C = B /2 24. (J. AMADO/03) Na figura, tem-se duas barras soldadas longitudinalmente entre si, formando uma única barra C. Sabendo-se que os coeficientes de dilatação linear das barras A e B são iguais a A e B, respectivamente, concluise que o coeficiente de dilatação linear da barra C é igual a: I II III IV Coeficiente Material de dilatação ( o C 1 ) As lâminas bimetálicas que curvam para a direita com o aumento da temperatura são SOMENTE: a) I e II b) I e III d) II e III c) I e IV e) III e IV a) b) c) A B 2 A B 3 2 A B 3 3 d) e) A B 4 A 4 3 B 25. (FDC/03) Um fio de cobre de comprimento 1,0000 m sofre uma dilatação de 0,0030 m quando sua temperatura se eleva de 100 ºC. Um cubo de cobre de volume 1,0000 m 3 quando aquecido de 100 ºC, sofre uma dilatação, em m 3, de: a) 0,0030. b) 0,0045. d) 0,0075. c) 0,0060. e) 0,

14 26. (UCS/03) Uma placa metálica quadrada a 20 o C possui um orifício de 10 cm de diâmetro, por onde passa um eixo. O diâmetro desse orifício não pode variar mais do que 0,20% quando a temperatura atinge 100 o C. Para que essa condição seja satisfeita, o coeficiente de dilatação linear do metal NÃO pode ser maior do que: a) 1,3 x 10 5 / o C b) 2,5 x 10 5 / o C d) 6,5 x 10 5 / o C c) 5,0 x 10 5 / o C e) 8,0 x 10 5 / o C 27. (UESB/00) Um frasco completamente cheio de água, ao ser aquecido, transborda um pouco desse líquido. O volume transbordado mede a dilatação: a) absoluta da água. b) absoluta do frasco. c) da água menos a do frasco. d) do frasco mais a da água. e) do frasco menos a da água. 28. (FDC/01) Um frasco graduado contém um líquido até a marca 250 cm 3. É colocado para aquecer e enquanto a temperatura sobe de 20 o C para 60 o C, o nível do líquido permanece na mesma marca de 250 cm 3. Nessas condições: a) a dilatação do líquido é igual à dilatação do frasco. b) o coeficiente de dilatação aparente do líquido é 1. c) o coeficiente de dilatação do frasco é maior que o do líquido. d) o coeficiente de dilatação real do líquido é zero. e) a capacidade térmica do líquido é desprezível. 29. (UCS/02) Uma caneca de alumínio, de capacidade 400 cm 3, está completamente cheia de glicerina a 20 o C. Aquecendo o conjunto a 70 o C extravasam 9,16 cm 3 de líquido. Sendo o coeficiente de dilatação linear do alumínio igual a 2, o C 1, o coeficiente de dilatação da glicerina, em o C 1, vale: a) 5, b) 4, d) 4, c) 5, e) 4, (UCS/01) Num dia quente em Camaçari/BA, um caminhão tanque é carregado com litros de óleo diesel. Ele viajou para Governador Valadares/MG, onde a temperatura estava 10 o C mais baixa que em Camaçari quando foi descarregado todo o óleo. O coeficiente de dilatação volumétrica do óleo diesel é 9, o C 1. A quantidade descarregada foi, em litros, um valor mais próximo de: a) b) d) c) e) (UCS/03) Um recipiente de alumínio de capacidade 500cm 3, a 0 o C, está completamente cheio de mercúrio. Aquecendo o conjunto a 100 o C, o volume de mercúrio que extravasa, em cm 3, é: Dados: Coeficiente de dilatação linear do alumínio = 2, o C 1 Coeficiente de dilatação do mercúrio = 1, o C 1 a) 9,00 b) 7,75 d) 5,25 c) 6,50 e) 1, (UNIT/00) Um recipiente, cuja capacidade é de 600 cm 3, está completamente cheio com um líquido. Os coeficientes de dilatação volumétrica do líquido e do recipiente valem, respectivamente, 3, / o C e 5, / o C. Aquecendo-se de 40 o C o conjunto, o volume de líquido que transbordará vale, em cm 3 : a) 3, 6 b) 4,0 d) 7,2 c) 6,0 e) 9,6 33. (FTC/03) Garfield deseja perder 5,0kg de gordura fazendo ginástica e mantendo a dieta inalterada. Sabendo-se que 1g de gordura libera 9,0kcal de energia e desprezando-se a perda de energia com outras atividades, o tempo necessário para perder 5,0kg de gordura, despendendo 15kcal/min, será igual, em minutos, a: a) 1, b) 2, d) 4, c) 3, e) 5, (UCS/02) A água tem grande estabilidade térmica, capacidade de acumular energia e resistência às variações bruscas de temperatura. A propriedade da água que explica tais comportamentos é: a) seu coeficiente de dilatação anômalo. b) seu elevado ponto de ebulição. c) sua baixa condutibilidade térmica. d) seu alto calor específico. e) a quantidade de sal nela dissolvidos. 35. (UCS/02) Uma pessoa bebe 200 g de água resfriada a 7 o C. Até que a água chegue à temperatura da pessoa (37 o C), a quantidade de energia térmica absorvida pela água vale, em quilocalorias: Dado: C água = 1,0 cal/g o C a) 1,4 b) 6,0 d) 60 c) 9,4 e) (UNIT/01) Considere um corpo sólido caracterizado pela massa M e pelo volume V. O material do corpo é caracterizado pela densidade d e pelo calor específico c. A quantidade de calor Q necessária, para aumentar em 10 o C a temperatura desse corpo, é diretamente proporcional à: a) massa e ao calor específico. b) densidade e ao calor específico. c) massa e ao volume. d) densidade e ao volume. e) massa e à densidade. 14

15 37. (UNEB/00) Foram fornecidas 400cal a 200g de uma substância e sua temperatura variou de 10 o C até 30 o C. O calor específico da substância, no intervalo de temperatura considerado, é igual a: a) 0,5cal/g o C b) 0,4cal/g o C d) 0,2cal/g o C c) 0,3cal/g o C e) 0,1cal/g o C 38. (UNEB/02) Sabe-se que os seres humanos e os animais transpiram para aumentar o resfriamento através da evaporação, um processo que ocorre lentamente, a qualquer temperatura, em que as moléculas de maior velocidade vão abandonando o líquido. Quando um camelo é privado de água, a sua temperatura matutina pode chegar a 34 o C, e, no final da tarde, a aproximadamente 41 o C. Para um camelo de massa igual a 500kg, essa variação de temperatura corresponde a 2900kcal de calor armazenado. (Schmidt-Nielsen, p ) cal O calor específico da substância, em o g C vale: a) 0,90 b) 0,090 d) 0,045 c) 0,45 e) 0, Considere-se que um bloco metálico, de massa 20kg, foi submetido ao mesmo acréscimo de temperatura da Terra, em decorrência da intensificação do efeito estufa. Nessas condições, pode-se afirmar que esse bloco, constituído de material cujo calor específico é igual a 0,1 cal/g o C, absorve uma quantidade de calor igual, em 10 2 cal, a: a) 6 b) 10 d) 18 c) 12 e) (UCS/01) O gráfico abaixo representa, em função do tempo, a temperatura de uma amostra de 500 g de um material cujo calor específico vale 0,20 cal/g o C. O gráfico registra os dados referentes à flutuação diária de temperatura (medida em intervalos de 12 em 12 horas), em um camelo, sob dois regimes de hidratação. Com base nas informações e considerando-se a aceleração da gravidade igual a 10m/s 2, é correto afirmar: a) Um camelo de massa 500kg tem peso igual a N. b) Um camelo de massa 500kg tem capacidade térmica aproximadamente igual a 414kcal/ o C. c) Um camelo, privado de água, está sujeito a uma variação máxima de temperatura igual a 3,5 o F. d) Um fluxo de calor se estabelece do suor para a pele, durante o resfriamento por evaporação. e) A temperatura do suor tende a aumentar durante a evaporação. A potência média da fonte térmica que aquece a amostra, em watts, vale: Dado: 1,0 cal = 4,2 J a) 27 b) 45 d) 90 c) 63 e) (FDC/01) Um certo alimento recebe calor do forno de microondas na razão de 40 calorias por minuto. A temperatura q desse corpo está representada, em função de tempo t, no gráfico. 39. (FDC/02) O gráfico mostra a curva de aquecimento de 200g de uma substância, submetida a uma chama de potência constante 180 cal. min A capacidade térmica desse corpo, em cal/ o C, é igual a: a) 30 b) 40 d) 60 c) 50 e) 70 15

16 43. (UCS/03) O gráfico abaixo mostra como varia, em função do tempo, a temperatura de um corpo, inicialmente no estado sólido, ao receber calor a uma taxa constante. 47. Um objeto de cobre, cuja massa é de 200 g, é aquecido em um forno de laboratório a 100 o C. Ele é retirado e imediatamente imerso em um vaso isolante contendo 300 g de água a 10 o C. Sabendo-se que o calor específico do cobre é 11 vezes menor que o da água, a temperatura de equilíbrio térmico, em o C, é de, aproximadamente: a) 15 b) 30 d) 60 c) 48 e) (UNIT/00) Sabendo que a capacidade térmica do corpo no estado sólido é 80 cal/ o C, sua capacidade térmica no estado líquido é, em cal/ o C, igual a: a) 40 b) 80 d) 120 c) 100 e) (FAVIC/01)Misturando-se 100g de um certo material a 100 o C com 200g de água a 30 o C, o equilíbrio térmico ocorre a 50 o C. Sendo 1cal/g o C, o calor específico da água, então o calor específico do material, em cal/g o C, é igual a: a) 0,02 b) 0,05 d) 0,36 c) 0,15 e) 0, (UESB/01) Um bloco de alumínio de massa 200g é aquecido a 100 o C e colocado num recipiente contendo 500g de óleo a 20 o C. A temperatura final de equilíbrio térmico é de 40 o C. Admitindo somente trocas de calor entre o alumínio e o óleo, o calor específico do óleo é, em cal/g o C: Dado: Calor específico do alumínio = 0,20 cal/g o C a) 0,16 b) 0,20 d) 0,32 c) 0,24 e) 0, (UCS/00) Um recipiente de capacidade térmica desprezível contém 100 g de água a 20 o C. Mistura-se mais 300 g de água a 140 o F. Desprezando eventuais perdas de calor, ao atingir o equilíbrio térmico, a temperatura de mistura, em o C, vale: a) 90 b) 80 d) 60 c) 70 e) 50 Em um calorímetro ideal, misturam-se as amostras A e B de uma mesma substância. A evolução de suas temperaturas, em função do tempo, até atingirem o equilíbrio térmico, é indicada pelo gráfico acima. Assim, a razão m A / m B entre as massas dessas substâncias vale: a) 1/4 b) 1/3 d) 3 c) 2 e) (FBDC/2005) Em uma fritadeira elétrica são colocados 2 L de óleo à temperatura de 20 C. Passados 7 minutos, o óleo atinge a temperatura de 140 C. Desconsiderando eventuais perdas de calor para o meio e supondo que toda a energia elétrica seja convertida em calor, pode-se avaliar que a potência elétrica da fritadeira, em W, é aproximadamente, a) 700 b) 750 d)850 c) 800 e) 900 Dados: calor específico do óleo = 0,5 cal/g C densidade do óleo = 0,7 g/ml 1 cal = 4J 50. (FBDC-2005) As rodas hidráulicas que trabalham com o peso da água, por serem simples, foram as primeiras turbinas construídas pelo homem. A palavra turbina vem do latim turbo-inem e significa rotação ou giro. Com os avanços tecnológicos na área de transmissões elétricas, a construção de usinas hidrelétricas tornou-se quase que obrigatória, pois garante o aproveitamento de recurso natural na obtenção e armazenamento de energia. A usina hidrelétrica de Itapebi, no rio Jequitinhonha, produz 450 MW, que correspondem a 12 % da energia elétrica consumida na Bahia. A energia produzida por esta hidrelétrica no tempo de um segundo poderia aquecer de 0 C até 100 C, uma massa de água que, em kg, é da ordem de. a) 10 3 b) 10 4 c) 10 5 d) 10 6 e) 10 7 Dados: calor específico da água = 1 cal/g C 1 cal = 4.2J 16

17 51. (PUC/Rio/2006) O coeficiente de expansão térmica linear do material que constitui um edifício de 100 m de comprimento é = 2, C -1. Dado que o prédio se expandiu em 3,0 cm, de quanto foi o aumento de temperatura? a) 35 C. b) 25 C. d) 10 C. c) 15 C. e) 5 C. 52. (Mackenzie/2006) Um viajante, ao desembarcar no aeroporto de Londres, observou que o valor da temperatura do ambiente na escala Fahrenheit é o quíntuplo do valor da temperatura na escala Celsius. Esta temperatura é de: a) 5 C b) 10 C d) 20 C c) 15 C e) 25 C 53. (UFRRJ/2006) Um estudante de Física Experimental fornece calor a um certo corpo, inicialmente à temperatura de 10 C. Ele constrói o gráfico indicado abaixo, onde, no eixo vertical, registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto, no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo. Consideremos agora um outro corpo, com o dobro da massa do primeiro, feito da mesma substância e também inicialmente a 10 C. Com base no gráfico, podemos dizer que, fornecendo uma quantidade de calor igual a 120 calorias a esse outro corpo, sua temperatura final será de: a) 18 C b) 20 C c) 40 C d) 30 C e) 25 C 54. (UESB/08) 3,0m T( C) A Q(cal) B 0,5m H 2 O Uma esfera de platina, com massa e volume, respectivamente, iguais a 1,0 kg e 45,0 cm³ que está presa à extremidade de um fio ideal, é abandonada do repouso a partir do ponto A e sobe até o ponto C, após penetrar em um recipiente, contendo 1,0 kg de água, conforme a figura. Sabe-se que o módulo da aceleração da gravidade local é igual a 10m/s², e que o calor específico e a densidade da água são; respectivamente, iguais a 4,0J/g o C e 1,0 g/cm³. Admitindo-se que toda energia mecânica perdida pela esfera é absorvida pela água em forma de energia térmica, pode-se afirmar que a variação da temperatura da água será igual, em 10 3 o C, a: a) 6,25 b) 5,32 c) 3,00 d) 2,54 e) 1,50 C 55. (UFBA/01) A ilustração abaixo apresenta um termostato bimetálico, utilizado no controle da temperatura de um ferro elétrico. À temperatura o as lâminas A e B, constituídas de materiais cujos coeficientes de dilatação linear são, respectivamente, A e B, apresentam o mesmo comprimento L o e estão dispostas conforme o quadro I. Quando a temperatura do ferro atinge um valor > o, ocorre a curvatura das lâminas, conforme o quadro II, interrompendo-se a corrente elétrica. Nessas condições, em relação a um ferro elétrico em funcionamento, é correto afirmar: a) A curvatura das lâminas metálicas é consequência do efeito Joule. b) A lâmina bimetálica, numa temperatura superior a o, tende a se curvar no sentido oposto ao apresentado no quadro II. c) A diferença entre os comprimentos das lâminas é igual a L o ( B A ) ( o ). d) A quantidade de calor transferida para a vizinhança, por segundo, é igual a 1/L o ( A o + B ). e) O termostato será desligado, quando a temperatura atingir o valor o. 56. (UESC/03) Considerem-se dois corpos, A e B, de massas iguais, com temperaturas iniciais A e B, sendo A > B, e com calores específicos C A e C B diferentes entre si, e constantes no intervalo de temperatura considerado. Colocados em calorímetro ideal, A e B, após certo tempo, atingem o equilíbrio térmico. Nessas condições, é correto afirmar: a) A energia cedida por A, é maior que a energia recebida por B. b) No corpo de maior capacidade térmica, ocorre a maior variação de temperatura. c) O aumento da temperatura de B é numericamente igual ao decréscimo da temperatura de A. CA d) A temperatura de equilíbrio é igual a C A A CB C e) Em relação ao centro de massa, a energia cinética média das moléculas de B é maior do que a de A. B B. 17

18 57. (UnB - DF - modificada) Os engenheiros que projetam pontes metálicas devem levar em consideração a dilatação térmica dos materiais. Por exemplo, uma ponte metálica de 200 m de comprimento, construída num local, em que a temperatura vai de - 30 C no inverno a +40 C no verão sofre, entre essas estações, um alongamento de 15 cm. Para evitar que as estruturas se deformem, muitas pontes metálicas não são rigidamente fixadas nas extremidades: elas são colocadas sobre roletes, de modo a poder deslizar enquanto seu comprimento se altera. Podemos explicar este fato por meio de uma análise molecular: quando um corpo é aquecido, suas moléculas passam a apresentar um movimento de agitação mais intenso, isto é, a energia térmica recebida pela molécula é traduzida num aumento da sua energia cinética. Mediante esse aumento na agitação, a distância média entre as moléculas aumenta, acarretando um aumento nas dimensões do corpo. Com base no fenômeno da dilatação térmica, julgue as afirmações seguintes e indique a falsa. a ) No piso de nossa sala de aula, as juntas de dilatação, entre as placas de concreto, servem para impedir que a dilatação térmica provoque a ruptura da estrutura. b) Um termômetro clínico tem por base a propriedade termométrica de dilatação do mercúrio. Essa dilatação indica a temperatura através do aumento do volume do líquido no interior do tubo capilar. c) O coeficiente de dilatação linear caracteriza um determinado material, mostrando se ele é mais ou menos susceptível as variações de temperaturas que impliquem dilatação; ele é usado quando se consideram apenas as variações de tamanho em uma dimensão. d) O coeficiente de dilatação é único para todo e qualquer material, não importando sua natureza; este coeficiente expressa, de forma clara, a capacidade de dilatação dos materiais. e) Considere uma tira retangular de dupla face, sendo uma das faces de alumínio e a outra de papel (aquelas encontradas nas embalagens de cigarro). Segurando esta tira horizontalmente, com a face de alumínio voltada para baixo, e aproximando-a da chama de uma vela, observamos que esta tira se curvará para cima. Se, inicialmente, a tira estivesse com a face de papel voltada para baixo, a chama faria a tira se encurvar para baixo. Podemos explicar este fenômeno pelo simples conhecimento dos coeficientes de dilatação do papel e do alumínio. Sendo o coeficiente de dilatação do alumínio muito maior que o do papel, o alumínio sofre maior dilatação, obrigando a tira a se encurvar para o lado do papel. 58. Frequentemente, usamos os termos frio, quente, morno, etc, para traduzir a sensação que temos ao entrarmos em contato com um sistema. Assim, do mesmo modo que a luz impressiona nossa visão e que o som impressior nossos ouvidos, é o sentido do tato que nos proporcior a sensação térmica, que constitui a primeira noção de temperatura de um sistema. Baseando-se no texto e em seus conhecimentos, julgue os itens a seguir. a) É impossível resfriar um corpo até C. b) Uma mosca tem dimensões tão pequenas que é impossível medir sua temperatura com um termômetro comum. c) Aquecendo-se um gás de 10 C para 30 C, sua temperatura absoluta aumenta 200%. d) Nos EUA, a temperatura normal do corpo humano vale 104 F. e) Uma variação de 10 o C corresponde a 288 K. 59. (UFPB-2007) Em uma conferência pela internet, um meteorologista brasileiro conversa com três outros colegas em diferentes locais do planeta. Na conversa, cada um relata a temperatura em seus respectivos locais. Dessa forma, o brasileiro fica sabendo que, naquele momento, a temperatura em Nova Iorque é TNI = 33,8 F, em Londres, TL = 269 K, e em Sidnei, TS = 27 C. Comparando essas temperaturas, verifica-se: a) TN I >TS >TL. b) TN I >TL >TS. c) TL >TS >TNI. d) TS >TNI >TL. e) TS >TL >TN I. 60. (UFPB) Os materiais utilizados na construção civil são escolhidos por sua resistência a tensões, durabilidade e propriedades térmicas, como a dilatação, entre outras. Rebites de metal (pinos de formato cilíndrico), de coeficiente de dilatação linear 9,8 x 10 6 C 1, devem ser colocados em furos circulares de uma chapa de outro metal, de coeficiente de dilatação linear 2,0 x 10 5 C 1. Considere que, à temperatura ambiente (27 C), a área transversal de cada rebite é 1,00 cm² e a de cada furo, 0,99 cm². A colocação dos rebites, na chapa metálica, somente será possível se ambos forem aquecidos até, no mínimo, a temperatura comum de: a) 327 C b) 427 C c) 527 C d) 627 C e) 727 C 61. (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 m, igual a: a) 40 b) 100 c) 140 d) 200 e)

19 62. (FEI-SP) Na construção de uma estrada de ferro, foram utilizados trilhos de 20 m de comprimento, de liga de forro com coeficiente de dilatação linear de C 1. Eles são assentados a 20 C e a máxima separação admissível entre dois trilhos é de 2 cm a 30 C. A separação máxima entre eles, no instante do assentamento, deve ser de: a) 8 mm. b) 12 mm. c) zero. d) 32 mm. e) 4 mm. 63. A figura mostra um balão, de volume V 0, feito de material isótropo de coeficiente de dilatação linear. O balão está completamente cheio de um líquido de coeficiente de dilatação volumétrica e de massa específica 0, à temperatura 0. Quando a temperatura do balão é aumentada de, extravasa o volume V E do líquido. Nessas condições, pode-se afirmar: a) O raio aumenta quando a temperatura do balão aumenta. b) O balão se dilata como se fosse maciço. c) O coeficiente de dilatação aparente do líquido é expresso por d) Após a variação de temperatura, a massa específica do líquido passa a ser expressa por 0 (1+. ) 1. e) A dilatação do balão é igual a V 0.. V E. 64. Um disco de raio R e um cubo maciço de aresta a e densidade d, constituídos do mesmo material, encontram-se em equilíbrio térmico, a temperatura 0, dilatando-se quando são aquecidos simultaneamente, até a temperatura. Considerem-se R = a e, o coeficiente de dilatação linear médio do material, no intervalo de 0 a. Nessas condições, é correto afirmar: a) Ao passar da temperatura 0, para, o disco e o cubo recebem energia sob forma de calor latente. b) O coeficiente de dilatação superficial do disco é igual ao coeficiente de dilatação volumétrica do cubo. c) A densidade do cubo, na temperatura é expressa por d. [1 + 3 ( 0 )] 1. d) A convecção térmica é responsável pela propagação do calor, tanto no disco quanto no cubo. 65. (UFRRJ) Um estudante de Física Experimental fornece calor a um certo corpo, inicialmente à temperatura de 10 C. Ele constrói o gráfico indicado a seguir, onde, no eixo vertical, registra as quantidades de calor cedidas ao corpo, enquanto, no eixo horizontal, vai registrando a temperatura do corpo. Consideremos agora um outro corpo, com o dobro da massa do primeiro, feito da mesma substância e também inicialmente a 10 C. Com base no gráfico, podemos dizer que, fornecendo uma quantidade de calor igual a 120 calorias a esse outro corpo, sua temperatura final será de: a) 18 C. d) 30 C. b) 20 C. e) 25 C. c) 40 C. 66. (UESC-03) Um recipiente, de volume V e coeficiente de dilatação linear, contém uma quantidade de líquido de volume V e coeficiente de dilatação volumétrica. Sabe- V ' 1 se que e que o líquido e o recipiente estão em V 2 equilíbrio térmico. Nessas condições, determine, em função de e, a que variação de temperatura deve ser submetido o sistema para que o líquido, ao se dilatar, preencha todo o recipiente e não extravase. 67. Durante 20 minutos, 200 g de um certo líquido são aquecidos por uma fonte de energia térmica que fornece 24, cai a cada um minuto. Nesse intervalo de tempo, o líquido sofre uma variação de temperatura de 60 C, sem que se verifique mudança de fase da substância que constitui esse líquido. Determine, em cal /g. C, o calor específico sensível da substância que constitui o líquido. 68. Um chuveiro elétrico tem potência nominal W. A água entra no chuveiro a 20 C, com vazão de 15 L/min. Determine, em C, a temperatura da água ao deixar o chuveiro. Considere a densidade da água igual a 1,0 kg/l, o calor específico sensível da água igual a 4,0 x 10³ J/ kg. C e que toda energia fornecida pelo chuveiro foi usada para aquecer a água. e) Para R = 3, a dilatação superficial do disco se iguala, numericamente, à dilatação volumétrica do cubo. 19

20 69. Calcule, em kcal, a quantidade de calor necessária para que 400 g de gelo a -30 C sejam totalmente transformados em água líquida a 40 C, sob pressão normal. Considere os seguintes dados: calor específico latente da fusão do gelo = 80 cal/g; calor específico sensível do gelo = 0,50 cal/(g. C) e calor específico sensível da água = 1,00 cal/ (g' 0c). 70. (UERJ - RJ) Em casa, é tarefa da filha encher os recipientes de fazer gelo. Ela pôs 100 g de água, inicialmente a 20 C, em um dos recipientes e o colocou no freezer. Determine, em kcal, a quantidade de calor que a água de recipiente deve perder para que se converta totalmente em gelo a 0 C. São dados: calor específico latente do gelo = 80 cal/g e calor específico da água = 1,0 cal/g. C. 74. Um posto recebeu L de gasolina num dia frio, em que a temperatura ambiente era 10 C. No dia seguinte, a temperatura aumentou para 30 C, situação que duro alguns dias, o suficiente para que a gasolina fosse totalmente vendida. Se o coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina é igual a 1,1 x 10 3 C 1, determine, em litros, o lucro do proprietário do posto, devido apenas à dilatação térmica. 75. Um frasco de vidro encontra-se totalmente cheio e em equilíbrio térmico com 100,0 cm³ de mercúrio a 0 C. Ao se aquecer o conjunto a 120 C, o volume de 1,8 cm³ de mercúrio extravasou. Determine o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro. Considere o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio igual a 1,8x10 4 C Um bloco de alumínio de massa 100 g é deixado no interior de um forno até entrarem em equilíbrio térmico com ele. Logo ao ser retirado, é colocado em g de água a 30 C. A temperatura de equilíbrio térmico é 32 C. Determine, em C, a temperatura do forno. O calor específico sensível do alumínio é igual a 0,22 cal/g. C, o calor específico sensível da água é igual a 1,00 cal/g. C. Considere desprezíveis as perdas de calor. 76. (UFPE/2007) Afigura mostra um balanço AB suspenso por fios, presos ao teto. Os fios têm coeficientes de dilatação linear A = 1,5 x 10 5 K 1 e B = 2,0 x 10 5 K 1, e comprimentos L A e L B, respectivamente, na temperatura To. Considere L B = 72 cm e determine o comprimento L A, em cm, para que o balanço permaneça sempre na horizontal (paralelo ao solo), em qualquer temperatura. 72. (UnB - DF) Um vestibulando de 80 kg, ao final do último dia das provas, para relaxar as tensões inerentes ao processo seletivo, resolveu descansar, na banheira de sua casa, repousando em água aquecida a 35 C. Para isso, inicialmente colocou água de 20 C, até completar o volume correspondente a 6% da capacidade da banheira. Sabendo que a banheira tem a forma de paralelepípedo retangular, com dimensões internas de 2,0 m, 1,0 m e 0,5 m, e admitindo que a densidade do corpo humano é de 400 kg/m³, calcule, em graus Celsius, a temperatura do volume máximo de água quente a ser colocado na banheira, de forma que o vestibulando possa ficar totalmente submerso, sem que a água transborde. Despreze a capacidade térmica da banheira, as possíveis perdas de calor pela água e considere o calor específico sensível da água igual a 1,0 cal/g C. 73. (UnB-DF - modificada) Uma dona de casa domiciliada na cidade de Brasília, precisando ferver água, resolveu utilizar um ebulidor - vulgarmente conhecido como mergulhão - que é um equipamento elétrico capaz de fornecer energia calorífica ao líquido no qual se encontra imerso. Colocou, então, o ebulidor em um recipiente contendo 2,5 litros de água a 18 C, ligando-o, em seguida. Por um descuido, após atingir a temperatura de ebulição de 96 C, parte da água evaporou. Ao desligar o ebulidor, a dona de casa constatou que, naquele instante, restava apenas 1,5 litro de água. Sabendo que o calor específico sensível da água é igual a 1,0 cal/g. C, a densidade da água é igual a 1,0 g/cm³, o calor específico latente de vaporização da água L = 540 cal/g, 1,0 cal = 4,2 J e a potência do ebulidor = W, e considerando desprezíveis as trocas de calor com o ambiente e o tempo de aquecimento do ebulidor, calcule, em minutos, o tempo que o ebulidor permaneceu ligado. G A B A R I T O E E C D C D C C B 1 A B B C C A B C D D 2 D C D C E E B E B B 3 B D A D D B A E B B 4 C C A E E C E A D C 5 A C B E A C D D B D 6 C E A D C E 66. * Δ T 1 γ 6α 20