Resolução: Termologia: Temperatura e Calor II

1. (Enem 2015) O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até -198 °C, Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica.

MACHADO, R. Disponível em: www.correiobraziliense.com.br. Acesso em: 09/09/13 (adaptado).

No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela

1. expansão do nitrogênio durante a ebulição.
2. absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição.
3. realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação.
4. retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento.
5. liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação.

2. (Enem 2010) Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras “calor” e “temperatura” de forma diferente de como elas são usadas no meio cientı́fico. Na linguagem corrente, calor é identificado como “algo quente” e temperatura mede a “quantidade de calor de um corpo”. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática. Do ponto de vista cientı́fico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura?

1. A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo em que estiver fervendo.
2. Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água.
3. A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela.
4. A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura.
5. Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de água que está em seu interior com menor temperatura do que a dele.

3. (Enem 2009 PPL) O Inmetro procedeu à análise de garrafas térmicas com ampolas de vidro, para manter o consumidor informado sobre a adequação dos produtos aos Regulamentos e Normas Técnicas. Uma das análises é a de eficiência térmica. Nesse ensaio, verifica–se a capacidade da garrafa térmica de conservar o líquido aquecido em seu interior por determinado tempo. A garrafa é completada com água a 90ºC até o volume total. Após 3 horas, a temperatura do líquido é medida e deve ser, no mínimo, de 81 ºC para garrafas com capacidade de 1 litro, pois o calor específico da água é igual a 1 cal/gºC.

Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/garrafavidro.asp. Acesso em: 3 maio 2009 (adaptado)

Atingindo a água 81 ºC nesse prazo, a energia interna do sistema e a quantidade de calor perdida para o meio são, respectivamente,

1. menor e de 900 cal.
2. maior e de 900 cal.
3. menor e de 9.000 cal.
4. maior e de 9.000 cal.
5. constante e de 900 cal.

4. (Enem 2009 PPL) Na natureza, a água, por meio de processos físicos, passa pelas fases líquida, gasosa e sólida perfazendo o ciclo hidrológico. A distribuição da água na Terra é condicionada por esse ciclo, e as mudanças na temperatura do planeta poderão influenciar as proporções de água nas diferentes fases desse ciclo. O diagrama abaixo mostra as transformações de fase pelas quais a água passa, ao ser aquecida com o fornecimento de energia a uma taxa constante.

Considerando–se o diagrama de mudanças de fases da água e sabendo–se que os calores latentes de fusão e de vaporização da água valem, respectivamente, 80 cal/g e 540 cal/g, conclui–se que

1. a temperatura da água permanece constante durante os processos de mudança de fase.
2. a energia necessária para fundir 10 g de gelo é maior que a necessária para evaporar a mesma massa de água.
3. a água, para mudar de fase, libera energia a uma taxa de 540 cal/g quando a temperatura aumenta de 0 ºC até 100 ºC.
4. a temperatura da água varia proporcionalmente à energia que ela recebe, ou seja, 80 cal/g durante o processo de fusão.
5. a temperatura da água varia durante o processo de vaporização porque ela está recebendo uma quantidade de energia constante.

5. (Enem 2009) A dilatação dos materiais em função da variação da temperatura é uma propriedade física bastante utilizada na construção de termômetros (como o ilustrado na figura I) construídos a partir de lâminas bimetálicas, como as ilustradas na figura II, na qual são indicados os materiais A e B — antes e após o seu aquecimento.

Com base nas leis da termodinâmica e na dilatação de sólidos sob a influência de temperatura variável, conclui-se que

1. a lâmina bimetálica se curvará para a direita, caso o coeficiente de dilatação linear do material B seja maior que o coeficiente de dilatação linear do material A.
2. a substância utilizada na confecção do material A é a mesma usada na confecção do material B.
3. a lâmina se curvará para a direita, independentemente do tipo de material usado em A e B.
4. o coeficiente de dilatação dos materiais é uma função linear da variação da temperatura.
5. o coeficiente de dilatação linear é uma grandeza negativa.

6. (Enem 2013) Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70ºC. No entanto, a temperatura ideal da água para um banho é de 30º C. Por isso, deve-se misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório, que se encontra a 25ºC.

Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal?

1. 0,111.
2. 0,125.
3. 0,357.
4. 0,428.
5. 0,833

7. (Enem 2009) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustı́veis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustı́vel compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5ºC. Para revender o lı́quido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustı́vel para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35ºC, sendo o litro de álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5ºC e os revende.

Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrica do álcool é de 1 × 10⁻³. ºC ⁻¹, desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustı́vel, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de vendas estaria entre

1. R$ 500,00 e R$ 1.000,00.
2. R$ 1.050,00 e R$ 1.250,00.
3. R$ 4.000,00 e R$ 5.000,00.
4. R$ 6.000,00 e R$ 6.900,00.
5. R$ 7.000,00 e R$ 7.950,00.

8. (Enem 2009) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos perı́odos. A figura apresentada ilustra o processo cı́clico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira.

Disponı́vel em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).

Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira,

1. a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira.
2. o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira.
3. a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira.
4. a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno.
5. a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia.

9. (Enem 2009) O Sol representa uma fonte limpa e inesgotável de energia para o nosso planeta. Essa energia pode ser captada por aquecedores solares, armazenada e convertida posteriormente em trabalho útil. Considere determinada região cuja insolação - potência solar incidente na superfı́cie da Terra - seja de 800watts/m². Uma usina termossolar utiliza concentradores solares parabólicos que chegam a dezenas de quilômetros de extensão. Nesses coletores solares parabólicos, a luz refletida pela superfı́cie parabólica espelhada é focalizada em um receptor em forma de cano e aquece o óleo contido em seu interior a 400 ºC. O calor desse óleo é transferido para a água, vaporizando-a em uma caldeira. O vapor em alta pressão movimenta uma turbina acoplada a um gerador de energia elétrica.

Considerando que a distância entre a borda inferior e a borda superior da superfı́cie refletora tenha 6 m de largura e que focaliza no receptor os 800watts/m² de radiação provenientes do Sol, e que o calor especı́fico da água é 1cal.g^-1.ºC^-1 = 4.200J.kg^-1.ºC −1, então o comprimento linear do refletor parabólico necessário para elevar a temperatura de 1m³(equivalente a 1 t) de água de 20ºC para 100ºC, em uma hora, estará entre

1. 15 m e 21 m.
2. 22 m e 30 m.
3. 105 m e 125 m.
4. 680 m e 710 m.
5. 6.700 m e 7.150 m.