FÍSICA
Prof. Bruno Roberto
TERMOMETRIA, DILATAÇÃO E CALORIMETRIA
1. (G1 - ifce 2014) Ao tomar a temperatura de um paciente, um médico do programa Mais Médicos só
tinha em sua maleta um termômetro graduado na escala Fahrenheit. Após colocar o termômetro no
paciente, ele fez uma leitura de 104°F. A correspondente leitura na escala Celsius era de
a) 30.
c) 36.
e) 42.
b) 32.
d) 40.
2. (Acafe 2014) Largamente utilizados na medicina, os termômetros clínicos de mercúrio relacionam o
comprimento da coluna de mercúrio com a temperatura. Sabendo-se que quando a coluna de mercúrio
atinge 2,0cm, a temperatura equivale a 34°C e, quando atinge 14cm, a temperatura equivale a 46°C. Ao
medir a temperatura de um paciente com esse termômetro, a coluna de mercúrio atingiu 8,0cm.
A alternativa correta que apresenta a temperatura do paciente, em °C, nessa medição, é
a) 36
c) 38
b) 42
d) 40
3. (Unesp 2014) Para testar os conhecimentos de termofísica de seus
alunos, o professor propõe um exercício de calorimetria no qual são
misturados 100 g de água líquida a 20 °C com 200 g de uma liga
metálica a 75 °C. O professor informa que o calor específico da água
líquida é 1 cal / g C e o da liga é 0,1 cal / g X , onde X é uma
escala arbitrária de temperatura, cuja relação com a escala Celsius está
representada no gráfico. Obtenha uma equação de conversão entre as
escalas X e Celsius e, considerando que a mistura seja feita dentro de
um calorímetro ideal, calcule a temperatura final da mistura, na escala
Celsius, depois de atingido o equilíbrio térmico.
4. (Espcex (Aman) 2013) Um termômetro digital, localizado em uma praça da Inglaterra, marca a
temperatura de 10,4 F. Essa temperatura, na escala Celsius, corresponde a
a) –5 °C
c) –12 °C
e) –39 °C
b) –10 °C
d) –27 °C
5. (Uerj 2014) Observe na tabela os valores das temperaturas dos pontos críticos de fusão e de ebulição,
respectivamente, do gelo e da água, à pressão de 1 atm, nas escalas Celsius e Kelvin.
Temperatura
°C
K
0
273
100
373
Pontos críticos
Fusão
Ebulição
Considere que, no intervalo de temperatura entre os pontos críticos do gelo e da água, o mercúrio em um
termômetro apresenta uma dilatação linear.
Nesse termômetro, o valor na escala Celsius correspondente à temperatura de 313 K é igual a
a) 20
b) 30
c) 40
d) 60
2014_Física_1° ano
6. (G1 - cftmg 2012) Um termômetro de mercúrio apresenta no ponto de fusão da água uma coluna de 20
mm de altura e, no ponto de ebulição, 80 mm. A uma temperatura de 92 °F, a coluna de mercúrio desse
termômetro, em mm, é igual a
a) 30.
b) 40.
c) 50.
d) 60.
7. (Ufg 2014) Uma longa ponte foi construída e instalada com blocos de concreto de 5 m de comprimento
a uma temperatura de 20°C em uma região na qual a temperatura varia ao longo do ano entre 10°C e
-5
-1
40°C. O concreto desses blocos tem coeficiente de dilatação linear de 10 °C . Nessas condições, qual
distância em cm deve ser resguardada entre os blocos na instalação para que, no dia mais quente do
verão, a separação entre eles seja de 1 cm?
a) 1,01
c) 1,20
e) 2,02
b) 1,10
d) 2,00
1
8.
(Pucrs 2014) O piso de concreto de um corredor de ônibus é constituído de secções de 20m separadas por
juntas de dilatação. Sabe-se que o coeficiente de dilatação linear do concreto é 12 10 6 C 1, e que a
variação de temperatura no local pode chegar a 50°C entre o inverno e o verão. Nessas condições, a
variação máxima de comprimento, em metros, de uma dessas secções, devido à dilatação térmica, é
a) 1,0 10
2
b) 1,2 10 2
c) 2,4 10
4
e) 6,0 10
4
d) 4,8 10 4
3
3
9. (G1 - ifce 2012) Um bloco em forma de cubo possui volume de 400 cm a 0°C e 400,6 cm a 100°C. O
-1
coeficiente de dilatação linear do material que constitui o bloco, em unidades °C , vale
-5
-6
-6
a) 4x10 .
c) 2x10 .
e) 5x10 .
-6
-5
b) 3x10 .
d) 1,5x10 .
10. (Ufba 2011) Impossibilitados de medir a longitude em que se encontravam, os navegadores que
tomaram parte nas grandes explorações marítimas se viam literalmente perdidos no mar tão logo
perdessem contato visual com a terra. Milhares de vidas e a crescente riqueza das nações dependiam
de uma solução. (SOBEL, 1997).
A determinação da longitude ao longo de viagens marítimas é feita
pela comparação entre a hora local e a hora no porto de origem.
Portanto, é necessário que se tenha, no navio, um relógio que seja
ajustado antes de zarpar e marque, precisamente, ao longo de toda
a viagem, a hora do porto de origem. Os relógios de pêndulo
daquela época não serviam a esse propósito, pois o seu
funcionamento sofria influência de muitos fatores, inclusive das
variações de temperatura, devido à dilatação e à contração da haste do pêndulo.
A longitude pôde finalmente ser determinada através de um relógio, no qual o problema das variações de
temperatura foi resolvido com a utilização de tiras de comprimentos diferentes feitas de materiais de
coeficientes de dilatação diferentes.
Com base nesse mesmo princípio físico, considere um conjunto formado por duas barras de comprimento
L1 = 10,0 cm e L2 = 15,0 cm fixadas em uma das extremidades, inicialmente submetido à temperatura To.
Supondo que o conjunto tenha sua temperatura aumentada para T = T o + Δ T, determine a relação entre os
coeficientes de dilatação linear, α 1 e α 2, das barras, para a qual a distância D = 5,0 cm não se altera com a
variação de temperatura.
-5
-1
11. (Mackenzie 2010) Uma placa de alumínio (coeficiente de dilatação linear do alumínio = 2.10 ºC ), com
2
2,4 m de área à temperatura de – 20 ºC, foi aquecido a 176 ºF. O aumento de área da placa foi de
2
2
2
a) 24 cm
c) 96 cm
e) 144 cm
2
2
b) 48 cm
d) 120 cm
12. (Pucrj 2007) Uma chapa quadrada, feita de um material encontrado no planeta Marte, tem área
2
°
°
A = 100,0 cm a uma temperatura de 100 C. A uma temperatura de 0,0 C, qual será a área da chapa em
2
-3 °
cm ? Considere que o coeficiente de expansão linear do material é a = 2,0 × 10 / C.
a) 74,0
c) 54,0
e) 34,0
b) 64,0
d) 44,0
2014_Física_1° ano
13. (Ufu 2005) Um frasco de capacidade para 10 litros está completamente cheio de glicerina e encontra-se
°
°
à temperatura de 10 C. Aquecendo-se o frasco com a glicerina até atingir 90 C, observa-se que 352 ml
de glicerina transbordam do frasco. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina
-4° -1
° -1
é 5,0 × 10 C , o coeficiente de dilatação linear do frasco é, em C ,
-5
-4
a) 6,0 × 10 .
c) 4,4 × 10 .
-5
-4
b) 2,0 × 10 .
d) 1,5 × 10 .
14. (Ufpel 2005) Os postos de gasolina são normalmente abastecidos por um caminhão-tanque. Nessa
ação cotidiana, muitas situações interessantes podem ser observadas.
Um caminhão-tanque, cuja capacidade é de 40.000 litros de gasolina, foi carregado completamente,
°
num dia em que a temperatura ambiente era de 30 C. No instante em que chegou para abastecer o
°
posto de gasolina, a temperatura ambiente era de 10 C, devido a uma frente fria, e o motorista observou
que o tanque não estava completamente cheio. Sabendo que o coeficiente de dilatação da gasolina é
-3 ° -1
1,1×10 C , e considerando desprezível a dilatação do tanque, é correto afirmar que o volume do ar,
em litros, que o motorista encontrou no tanque do caminhão, foi de
a) 40.880.
c) 31.200.
e) 880.
b) 8.800.
d) 4.088.
2
15. (Pucrs 2014) Uma forma de aquecer água é usando aquecedores elétricos de imersão, dispositivos que
transformam energia elétrica em energia térmica, mediante o uso de resistores elétricos. Um desses
aquecedores, projetado para fornecer energia na razão de 500 calorias por segundo, é utilizado no
aquecimento de 500 gramas de água, da temperatura de 20 C para 80 C. Considerando que toda a
energia transferida é aproveitada no aquecimento da água e sabendo que o calor específico da água é
c 1,0 cal / g C, o tempo necessário para atingir 80 C é igual a
a) 60 s
c) 75 s
e) 95 s
b) 68 s
d) 84 s
16. (Ufpr 2014) Recentemente, houve incidentes com meteoritos na Rússia e na Argentina, mas felizmente
os danos foram os menores possíveis, pois, em geral, os meteoritos ao sofrerem atrito com o ar se
incineram e desintegram antes de tocar o solo. Suponha que um meteorito de 20 kg formado
basicamente por gelo entra na atmosfera, sofre atrito com o ar e é vaporizado completamente antes de
tocar o solo. Considere o calor latente de fusão e de vaporização da água iguais a 300 kJ/kg e 2200
kJ/kg, respectivamente. O calor específico do gelo é 0,5cal / g C e da água líquida é 1,0cal / g C .
Admita que 1 cal é igual a 4,2 J. Supondo que o bloco de gelo estava à temperatura de -10 °C antes de
entrar na atmosfera, calcule qual é a quantidade de energia fornecida pelo atrito, em joules, para:
a) aumentar a temperatura do bloco de gelo de -10 °C até gelo a 0 °C.
b) transformar o gelo que está na temperatura de 0 °C em água líquida a 20 °C.
17. (Uerj 2014) Um sistema é constituído por uma pequena esfera metálica e pela água contida em um
reservatório. Na tabela, estão apresentados dados das partes do sistema, antes de a esfera ser
inteiramente submersa na água.
Temperatura inicial
(°C)
50
30
Partes do sistema
esfera metálica
água do reservatório
Capacidade térmica
(cal/°C)
2
2000
A temperatura final da esfera, em graus Celsius, após o equilíbrio térmico com a água do reservatório, é
cerca de
a) 20
c) 40
b) 30
d) 50
18. (Uerj 2014) A energia consumida por uma pessoa adulta em um dia é igual a 2 400 kcal. Determine a
massa de gelo a 0°C que pode ser totalmente liquefeita pela quantidade de energia consumida em um
dia por um adulto. Em seguida, calcule a energia necessária para elevar a temperatura dessa massa de
água até 30°C.
Texto para a próxima questão:
O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma
amostra de um elemento puro cuja massa é de 1,0 kg, observada durante 9 minutos.
A amostra está no estado sólido a 0 ºC no instante t
0 e é aquecida por uma fonte de calor que lhe
3
2014_Física_1° ano
transmite energia a uma taxa de 2,0 10 J / min, supondo que não haja perda de calor.
19. (Ufrgs 2014) A partir dos dados do gráfico, pode-se afirmar que esse elemento apresenta uma
temperatura de fusão e um calor específico no estado líquido que são, respectivamente,
a) 70 ºC e 180 J / (kg K).
d) 40 ºC e 180 J / (kg K).
b) 70 ºC e 200 J / (kg K).
e) 40 ºC e 200 J / (kg K).
c) 70 ºC e 150 J / (kg K).
3
20. (Uern 2013) Ao trocar calor com o meio ambiente, um corpo de massa 0,5 kg teve sua temperatura
reduzida para 20°C, sem sofrer mudança no seu estado físico. Sendo o calor específico da substância
que constitui esse corpo igual a 0,175 cal/g °C e a quantidade total de calor transferida igual a 4.900 cal,
então, a temperatura inicial do corpo no início do processo era de
a) 72°C.
b) 76°C.
c) 80°C.
d) 84°C.
°
21. (Cesgranrio 1991) Duzentos gramas de água à temperatura de 20 C são adicionados, em um
°
calorímetro, a cem gramas de água à temperatura inicial de 80 C. Desprezando as perdas, determine a
temperatura final de equilíbrio térmico da mistura.
°
a) 30 C
°
b) 40 C
°
c) 50 C
°
d) 60 C
°
e) 100 C
°
22. (Fei 1994) Um calorímetro contém 200 ml de água, e o conjunto está à temperatura de 20 C. Ao ser
°
juntado ao calorímetro 125 g de uma liga a 130 C, verificamos que, após o equilíbrio térmico, a
°
temperatura final é de 30 C. Qual é a capacidade térmica do calorímetro?
Dados:
°
calor específico da liga: 0,20 cal/g C
°
calor específico da água: 1 cal/g C
3
densidade da água: 1000 kg/m
°
a) 50 cal/ C
°
b) 40 cal/ C
°
c) 30 cal/ C
°
d) 20 cal/ C
°
e) 10 cal/ C
GABARITO
1.
2.
3.
D
D
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
C
C
B
B
B
E
1,5
C
B
B
E
A
X
6
2014_Física_1° ano
16. a) Qg
17.
18.
19.
20.
21.
22.
C
25 50 °C
4,2 105 J. b) Q 7,68 106 J.
B
30 kg e 900 kcal
E
B
B
A
4