Resolução: Termologia

01. (Enem 2020) Os manuais de refrigerador apresentam a recomendação de que o equipamento não deve ser instalado próximo a fontes de calor, como fogão e aquecedores, ou em local onde incida diretamente a luz do sol. A instalação em local inadequado prejudica o funcionamento do refrigerador e aumenta o consumo de energia.

O não atendimento dessa recomendação resulta em aumento do consumo de energia porque

1. o fluxo de calor por condução no condensador sofre considerável redução.
2. a temperatura da substância refrigerante no condensador diminui mais rapidamente.
3. o fluxo de calor promove significativa elevação da temperatura no interior do refrigerador.
4. a liquefação da substância refrigerante no condensador exige mais trabalho do compressor.
5. as correntes de convecção nas proximidades do condensador ocorrem com maior dificuldade.

02. (Enem 2020) Mesmo para peixes de aquário, como o peixe arco-íris, a temperatura da água fora da faixa ideal (26°C a 28°C), bem como sua variação brusca, pode afetar a saúde do animal. Para manter a temperatura da água dentro do aquário na média desejada, utilizam- se dispositivos de aquecimento com termostato. Por exemplo, para um aquário de 50 L, pode-se utilizar um sistema de aquecimento de 50 W otimizado para suprir sua taxa de resfriamento. Essa taxa pode ser considerada praticamente constante, já que a temperatura externa ao aquário é mantida pelas estufas. Utilize para a água o calor específico 4,0 kJ kg^-1 K^-1 e a densidade 1 kg L^-1.

Se o sistema de aquecimento for desligado por 1 h, qual o valor mais próximo para à redução da temperatura da água do aquário?

1. 4,0 °C
2. 3,6 °C
3. 0,9 °C
4. 0,6 °C
5. 0,3 °C

03. (Enem PPL 2020) Tanto a conservação de materiais biológicos como o resfriamento de certos fotodetectores exigem baixas temperaturas que não são facilmente atingidas por refrigeradores. Uma prática comum para atingi-las é o uso de nitrogênio líquido, obtido pela expansão adiabática do gás N2, contido em um recipiente acoplado a um êmbolo, que resulta no resfriamento em temperaturas que chegam até seu ponto de liquefação em −196 °C. A figura exibe o esboço de curvas de pressão em função do volume ocupado por uma quantidade de gás para os processos isotérmico e adiabático. As diferenças entre esses processos podem ser identificadas com base na primeira lei da termodinâmica, que associa a variação de energia interna à diferença entre o calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo.

A expansão adiabática viabiliza o resfriamento do N2 porque

1. a entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
2. a saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
3. a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema.
4. a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema.
5. o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

04. (Enem PPL 2020) Em um manual de instruções de uma geladeira, constam as seguintes recomendações:

• Mantenha a porta de seu refrigerador aberta apenas o tempo necessário;

• É importante não obstruir a circulação do ar com a má distribuição dos alimentos nas prateleiras;

• Deixe um espaço de, no mínimo, 5 cm entre a parte traseira do produto (dissipador serpentinado) e a parede.

Com base nos princípios da termodinâmica, as justificativas para essas recomendações são, respectivamente:

1. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador de calor e o ambiente.
2. Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a convecção do ar interno, garantir o isolamento térmico entre a parte interna e a externa.
3. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
4. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
5. Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e garantir o isolamento térmico entre as partes interna e externa.

05. (Enem Digital 2020) BTU é a sigla para British Thermal Unit (Unidade Térmica Inglesa), que é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 libra (0,45 kg) de água de 59,5°F a 60,5 °F sob pressão constante de 1 atmosfera. A unidade BTU é utilizada, de forma errônea, por diversos profissionais como sendo a potência de resfriamento do aparelho.

RODITI, I. Dicionário Houaiss de Física. Rio de Janeiro: Objetiva, 2005 (adaptado).

Como se pode representar corretamente a unidade de potência com base na definição de BTU?

1. BTU × h⁻¹
2. BTU × m²
3. BTU × h^-1 x m²
4. BTU × h
5. BTU × m^-2

06. (Enem Digital 2020) Um fabricante de termômetros orienta em seu manual de instruções que o instrumento deve ficar três minutos em contato com o corpo para aferir a temperatura. Esses termômetros são feitos com o bulbo preenchido com mercúrio conectado a um tubo capilar de vidro.

De acordo com a termodinâmica, esse procedimento se justifica, pois é necessário que

1. o termômetro e o corpo tenham a mesma energia interna.
2. a temperatura do corpo passe para o termômetro.
3. o equilíbrio térmico entre os corpos seja atingido.
4. a quantidade de calor dos corpos seja a mesma.
5. o calor do termômetro passe para o corpo.

7. (Enem 2019) Em 1962, um jingle (vinheta musical) criado por Heitor Carillo fez tanto sucesso que extrapolou as fronteiras do rádio e chegou à televisão ilustrado por um desenho animado. Nele, uma pessoa respondia ao fantasma que batia em sua porta, personificando o “frio”, que não o deixaria entrar, pois não abriria a porta e compraria lãs e cobertores para aquecer sua casa. Apesar de memorável, tal comercial televisivo continha incorreções a respeito de conceitos físicos relativos à calorimetria.

DUARTE, M. Jingle é a alma do negócio: livro revela os bastidores das músicas de propagandas. Disponível em: https://guiadoscuriosos.uol.com.br. Acesso em: 24 abr. 2019 (adaptado).

Para solucionar essas incorreções, deve-se associar à porta e aos cobertores, respectivamente, as funções de:

1. Aquecer a casa e os corpos.
2. Evitar a entrada do frio na casa e nos corpos.
3. Minimizar a perda de calor pela casa e pelos corpos.
4. Diminuir a entrada do frio na casa e aquecer os corpos.
5. Aquecer a casa e reduzir a perda de calor pelos corpos.

8. (Enem 2019) O objetivo de recipientes isolantes térmicos é minimizar as trocas de calor com o ambiente externo. Essa troca de calor é proporcional à condutividade térmica k e à área interna das faces do recipiente, bem como à diferen ambiente externo e o interior do recipiente, além de ser inversamente proporcional à espessura das faces

A fim de avaliar a qualidade de dois recipientes A (40 cm × 40 cm × 40 cm) e B (60 cm × 40 cm × 40 cm), de faces de mesma espessura, uma estudante compara suas condutividades térmicas k_A e k_B. Para isso suspende, dentro de cada recipiente, blocos idênticos de gelo a 0 °C, de modo que suas superfícies estejam em contato apenas com o ar. Após um intervalo de tempo, ela abre os recipientes enquanto ambos ainda contêm um pouco de gelo e verifica que a massa de gelo que se fundiu no recipiente B foi o dobro da que se fundiu no recipiente A

1. 0,50.
2. 0,67
3. 0,75
4. 1,33.
5. 2,00.

Termologia

9. (Enem 2019) Em uma aula experimental de calorimetria, uma professora queimou 2,5g de castanha-de-caju crua para aquecer 350g de água, em um recipiente apropriado para diminuir as perdas de calor. Com base na leitura da tabela nutricional a seguir e da medida da temperatura da água, após a queima total de combustível, ela concluiu que 50% da energia disponível foi aproveitada. O calor específico da água é 1 cal g^-1ºC^-1, e sua temperatura inicial era de 20ºC.

Qual foi a temperatura da água, em grau Celsius, medida ao final do experimento?

1. 25
2. 27
3. 45
4. 50
5. 70

10. (Enem 2018 PPL) Para preparar um sopa instantânea, uma pessoa aquece em um forno micro-ondas 500 g de água em uma tigela de vidro de 300 g. A temperatura inicial da tigela e da água era de 6 °C. Com o forno de micro-ondas funcionando a uma potência de 800 W, a tigela e a água atingiram a temperatura de 40 °C em 2,5 min. Considere que os calores específicos do vidro e da sopa são, respectivamente, cal 0,2 $\frac{\mathrm{cal}}{\mathrm{g\; °C}}$ e 1,0 $\frac{\mathrm{cal}}{\mathrm{g\; °C}}$, e que 1 cal = 4,2 J.

Que percentual aproximado da potência usada pelo micro-ondas é efetivamente convertido em calor para o aquecimento?

1. 11,8%
2. 45,0%
3. 57,1%
4. 66,7%
5. 78,4%

11. (Enem 2018 PPL) Duas jarras idênticas foram pintadas, uma de branco e a outra de preto, e colocadas cheias de água na geladeira. No dia seguinte, com a água a 8 °C, foram retiradas da geladeira e foi medido o tempo decorrido para que a água, em cada uma delas, atingisse a temperatura ambiente. Em seguida, a água das duas jarras foi aquecida até 90 °C e novamente foi medido o tempo decorrido para que a água nas jarras atingisse a temperatura ambiente.

Qual jarra demorou menos tempo para chegar à temperatura ambiente nessas duas situações?

1. A jarra preta demorou menos tempo nas duas situações.
2. A jarra branca demorou menos tempo nas duas situações.
3. As jarras demoraram o mesmo tempo, já que são feitas do mesmo material.
4. A jarra preta demorou menos tempo na primeira situação e a branca, na segunda.
5. A jarra branca demorou menos tempo na primeira situação e a preta, na segunda.

Eletricidade Eletrodinâmica

12. (Enem 2017) No manual fornecido pelo fabricante de uma ducha elétrica de 220V é apresentado um gráfico com a variação da temperatura da água em função da vazão para três condições (morno, quente e superquente). Na condição superquente, a potência dissipada é de 6500W. Considere o calor específico da água igual a 4200J/(kg ºC) e densidade da água igual a 1 kg/L.

Com base nas informações dadas, a potência na condição morno corresponde a que fração da potência na condição superquente?

1. 1/3
2. 1/5
3. 3/5
4. 3/8
5. 5/8

13. (Enem 2017 PPL) As especificações de um chuveiro elétrico são: potência de 4000 W, consumo máximo mensal de 21,6 kWh e vazão máxima de 3L/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico da água é de 4200 J/(kg ºC) e sua densidade é igual a 1kg/L.

A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de

1. 16 ºC
2. 19 ºC
3. 37 ºC
4. 57 ºC
5. 60 ºC

14. (Enem 2017 PPL) Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo esta esquematizado no diagrama pressão x volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, duas das quais são transformações adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, com a injeção do combustível no final.

No ciclo Diesel, o calor é absorvido em:

1. A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
2. A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
3. C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
4. A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
5. B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.

15. (Enem 2017 PPL) O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água(ρ água = 1 kg/L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1m² é de 0,03 kW/m². O valor do calor específico da água é igual a 4,2 kJ/(kgºC).

Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20ºC até 70ºC?

1. 490 s
2. 2800 s
3. 6300 s
4. 7000 s
5. 9800 s

16. (Enem 2016) Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor especifico da água igual a 4 kJ/(kg °C).

Para atender essa determinação, o valor minimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de

1. 42.
2. 84.
3. 167.
4. 250.
5. 500.

17. (Enem 2016 PPL) O motor de combustão interna, utilizado no transporte de pessoas e cargas, é uma máquina térmica cujo ciclo consiste em quatro etapas: admissão, compressão, explosão/expansão e escape. Essas etapas estão representadas no diagrama da pressão em função do volume. Nos motores a gasolina, a mistura ar/combustível entra em combustão por uma centelha elétrica.

Para o motor descrito, em qual ponto do ciclo é produzida a centelha elétrica?

1. A
2. B
3. C
4. D
5. E

18. (Enem 2016 PPL) Nos dias frios, é comum ouvir expressões como: “Esta roupa é quentinha” ou então “Feche a janela para o frio não entrar”. As expressões do senso comum utilizadas estão em desacordo com o conceito de calor da termodinâmica. A roupa não é “quentinha”, muito menos o frio “entra” pela janela.

A utilização das expressões “roupa é quentinha” e “para o frio não entrar” é inadequada, pois o(a)

1. roupa absorve a temperatura do corpo da pessoa, e o frio não entra pela janela, o calor é que sai por ela.
2. roupa não fornece calor por ser um isolante térmico, e o frio não entra pela janela, pois é a temperatura da sala que sai por ela.
3. roupa não é uma fonte de temperatura, e o frio não pode entrar pela janela, pois o calor está contido na sala, logo o calor é que sai por ela.
4. calor não está contido num corpo, sendo uma forma de energia em trânsito de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura.
5. calor está contido no corpo da pessoa, e não na roupa, sendo uma forma de temperatura em trânsito de um corpo mais quente para um corpo mais frio.

19. (Enem 2016 PPL) Para a instalação de um aparelho de ar-condicionado, é sugerido que ele seja colocado na parte superior da parede do cômodo, pois a maioria dos fluidos (líquidos e gases), quando aquecidos, sofrem expansão, tendo sua densidade diminuída e sofrendo um deslocamento ascendente. Por sua vez, quando são resfriados, tornam-se mais densos e sofrem um deslocamento descendente.

A sugestão apresentada no texto minimiza o consumo de energia, porque

1. diminui a umidade do ar dentro do cômodo.
2. aumenta a taxa de condução térmica para fora do cômodo.
3. torna mais fácil o escoamento da água para fora do cômodo.
4. facilita a circulação das correntes de ar frio e quente dentro do cômodo.
5. diminui a taxa de emissão de calor por parte do aparelho para dentro do cômodo.

20. (Enem 2016 PPL) Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão. poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento.

Tal limitação ocorre porque essas máquinas

1. realizam trabalho mecânico.
2. produzem aumento da entropia.
3. utilizam transformações adiabáticas.
4. contrariam a lei da conservação de energia.
5. funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

21. (Enem 2016) Num experimento, um professor deixa duas bandejas de mesma massa, uma de plástico e outra de alumínio, sobre a mesa do laboratório. Após algumas horas, ele pede aos alunos que avaliem a temperatura das duas bandejas, usando para isso o tato. Seus alunos afirmam categoricamente, que a bandeja de alumínio encontra-se numa temperatura mais baixa. Intrigado, ele propõe uma segunda atividade, em que coloca um cubo de gelo sobre cada uma das bandejas, que estão em equilíbrio térmico com o ambiente, e os questiona em qual delas a taxa de derretimento do gelo será maior.

O aluno que responder corretamente ao questionamento do professor dirá que o derretimento ocorrerá

1. mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem uma maior condutividade térmica que a de plástico.
2. mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem inicialmente uma temperatura mais alta que a de alumínio.
3. mais rapidamente na bandeja de plástico, pois ela tem uma maior capacidade térmica que a de alumínio.
4. mais rapidamente na bandeja de alumínio, pois ela tem um calor específico menor que a de plástico.
5. com a mesma rapidez nas duas bandejas, pois apresentarão a mesma variação de temperatura.

22. (Enem 2016 PPL) Num dia em que a temperatura ambiente é de 37°C, uma pessoa, com essa mesma temperatura corporal, repousa à sombra. Para regular sua temperatura corporal e mantê-la constante, a pessoa libera calor através da evaporação do suor. Considere que a potência necessária para manter seu metabolismo é 120 W e que, nessas condições, 20% dessa energia é dissipada pelo suor, cujo calor de vaporização é igual ao da água (540 cal/g). Utilize 1 cal igual a 4 J.

Após duas horas nessa situação, que quantidade de água essa pessoa deve ingerir para repor a perda pela transpiração?

1. 0,8g
2. 0,44g
3. 1,30g
4. 1,80g
5. 80,0g

23. (Enem 2015) As altas temperaturas de combustão e o atrito entre suas peças móveis são alguns dos fatores que provocam o aquecimento dos motores à combustão interna. Para evitar o superaquecimento e consequentes danos a esses motores, foram desenvolvidos os atuais sistemas de refrigeração, em que um fluido arrefecedor com propriedades especiais circula pelo interior do motor, absorvendo o calor que, ao passar pelo radiador, é transferido para a atmosfera.

Qual propriedade o fluido arrefecedor deve possuir para cumprir seu objetivo com maior eficiência?

1. Alto calor específico.
2. Alto calor latente de fusão.
3. Baixa condutividade térmica.
4. Baixa temperatura de ebulição.
5. Alto coeficiente de dilatação térmica.

24. (Enem 2015) Uma garrafa térmica tem como função evitar a troca de calor entre o líquido nela contido e o ambiente, mantendo a temperatura de seu conteúdo constante. Uma forma de orientar os consumidores na compra de uma garrafa térmica seria criar um selo de qualidade, como se faz atualmente para informar o consumo de energia de eletrodomésticos. O selo identificaria cinco categorias e informaria a variação de temperatura do conteúdo da garrafa, depois de decorridas seis horas de seu fechamento, por meio de uma porcentagem do valor inicial da temperatura de equilíbrio do líquido na garrafa. O quadro acima apresenta as categorias e os intervalos de variação percentual da temperatura.

Para atribuir uma categoria a um modelo de garrafa térmica, são preparadas e misturadas, em uma garrafa, duas amostras de água, uma a 10ºC e outra a 40ºC, na proporção de um terço de água fria para dois terços de água quente. A garrafa é fechada. Seis horas depois, abre-se a garrafa e mede-se a temperatura da água, obtendo-se 16ºC.

Qual selo deveria ser posto na garrafa térmica testada?

1. A
2. B
3. C
4. D
5. E

25. (Enem 2013) Em um experimento foram utilizadas duas garrafas PET, uma pintada de branco e a outra de preto, acopladas cada uma a um termômetro. No ponto médio da distância entre as garrafas, foi mantida acesa, durante alguns minutos, uma lâmpada incandescente. Em seguida a lâmpada foi desligada. Durante o experimento, foram monitoradas as temperaturas das garrafas: a) enquanto a lâmpada permaneceu acesa e b) após a lâmpada ser desligada e atingirem equilíbrio térmico com o ambiente.

A taxa de variação da temperatura da garrafa preta, em comparação à da branca, durante todo experimento, foi

1. igual no aquecimento e igual no resfriamento.
2. maior no aquecimento e igual no resfriamento.
3. menor no aquecimento e igual no resfriamento.
4. maior no aquecimento e menor no resfriamento.
5. maior no aquecimento e maior no resfriamento.

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

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.