Unicamp · Física

Questões de Termologia e calorimetria da Unicamp

10 questões oficiais da Unicamp sobre Termologia e calorimetria, de 2018 a 2027, com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 5 fáceis, 5 médias.

Treine Termologia e calorimetria com 10 questões da Unicamp

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4 questões de Termologia e calorimetria resolvidas

Questão 1 · Unicamp 2027 · Questão 67média

Um dos maiores problemas dos computadores modernos é o calor gerado por chips cada vez menores e mais potentes. O gálio (Ga) é um material promissor para a refrigeração de chips devido às suas propriedades, como alta condutividade térmica. Considere uma amostra sólida de Ga de massa m_Ga = 10 g, em um processo térmico no qual esse material recebe calor do chip de um computador com potência variável. O sistema está a uma temperatura inicial T₁ = 20 °C, e, após, um determinado tempo, essa amostra sofre uma transição de fase para o estado líquido a T₂ = 30 °C, atingindo em t = 230 s uma temperatura T₃ na fase líquida. Considere que a quantidade de calor recebida pela amostra na sua fase líquida para variar sua temperatura de T₂ a T₃ é Q = 80 J. Sendo o calor específico do Ga na fase líquida igual a c_liq = 0,4 J/(g.°C), o gráfico que melhor representa esse processo térmico é

Observação: Para melhor visualização dos dados, foi introduzida uma quebra indicada pelo símbolo // nos eixos dos tempos (s) de alguns gráficos.

A
Eixos: Temperatura (°C), de 20 a 120; Tempo (s): 0, 10, 20 // 200, 220, 240.
B
Eixos: Temperatura (°C), de 20 a 50; Tempo (s): 0, 10, 20 // 200, 220, 240.
C
Eixos: Temperatura (°C), de 20 a 50; Tempo (s), de 0 a 240.
D
Eixos: Temperatura (°C), de 0 a 20; Tempo (s), de 0 a 240.

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Gabarito: B

1. Quanto o líquido esquenta

Q = m·c·ΔT → 80 = 10 × 0,4 × ΔT → ΔT = 20 °C

T₃ = T₂ + 20 = 30 + 20 = 50 °C em t = 230 s.

2. Forma do gráfico

O gálio recebe calor e esquenta (sólido) de 20 °C a 30 °C, fica com temperatura constante durante a fusão a 30 °C (patamar) e depois esquenta como líquido até 50 °C.

O gráfico B tem essa forma: sobe de 20 a 30 °C, patamar em 30 °C e sobe até 50 °C perto de 230 s.

Resposta: B

Por que as outras atraem: A tem a forma certa, mas chega a 120 °C; C e D não têm o patamar da mudança de fase (e D mostra resfriamento).

Dica: em curvas de aquecimento, todo patamar é uma mudança de estado: a temperatura não muda enquanto o calor latente é absorvido.

Questão 2 · Unicamp 2020 · Questão 48média

As caldeiras são utilizadas para alimentar máquinas nos mais diversos processos industriais, para esterilização de equipamentos e instrumentos em hospitais, hotéis, lavanderias, entre outros usos. A temperatura elevada da água da caldeira mantém compostos solubilizados na água de alimentação que tendem a se depositar na superfície de troca térmica da caldeira. Esses depósitos, ou incrustações, diminuem a eficiência do equipamento e, além de aumentar o consumo de combustível, podem ainda resultar em explosões. A tabela e a figura a seguir apresentam, respectivamente, informações sobre alguns tipos de incrustações em caldeiras, e a relação entre a espessura da incrustação e o consumo de combustível para uma eficiência constante.

Gráfico: incremento do consumo de combustível (%, eixo vertical de 0 a 10) em função da espessura da incrustação (mm, eixo horizontal de 0,0 a 1,2). As duas retas partem da origem; em 1,2 mm, a reta A chega a cerca de 9% e a reta B, a cerca de 4,5%.

Considerando as informações apresentadas, é correto afirmar que as curvas A e B podem representar, respectivamente, informações sobre incrustações

A
de sulfato e de carbonato.
B
de sulfato e de sílica.
C
de sílica e de carbonato.
D
de carbonato e de sílica.

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Gabarito: C

A incrustação fica entre a chama e a água e atrapalha a passagem de calor. Quanto menor a condutividade térmica da incrustação, mais ela isola e mais combustível é preciso para manter a mesma eficiência.

1. Curva A: para a mesma espessura, é a que mais aumenta o consumo. Corresponde à incrustação de menor condutividade: a de sílica (1,3).

2. Curva B: aumenta menos o consumo, então tem condutividade maior que a da sílica: pode ser a de carbonato (2,1).

Ordem pedida (A e B): sílica e carbonato.

Resposta: C

Por que as outras atraem: quem associa "maior condutividade" a "mais consumo" inverte a relação e põe o sulfato (5,5) na curva A (A e B) ou o carbonato antes da sílica (D).

Dica: isolante térmico = baixa condutividade; quanto mais isolante a camada, maior o gasto de energia para aquecer o que está do outro lado.

Questão 3 · Unicamp 2018 · Questão 61fácil

Mesmo em manhãs bem quentes, é comum ver um cão tomando sol. O pelo do animal esquenta e sua língua do lado de fora sugere que ele está cansado. O pelo do animal está muito quente, mas mesmo assim o cão permanece ao sol, garantindo a produção de vitamina D₃. Durante essa exposição ao sol, ocorrem transferências de energia entre o cão e o ambiente, por processos indicados por números na figura abaixo.

(Adaptado de KHAN ACADEMY, Endotherms and ectotherms. Disponível em www.khanacademy.org. Acessado em 26/07/17.)

Em ordem crescente, os números correspondem, respectivamente, aos processos de

A
convecção, evaporação, radiação, condução e radiação.
B
convecção, radiação, condução, radiação e evaporação.
C
condução, evaporação, convecção, radiação e radiação.
D
condução, radiação, convecção, evaporação e radiação.

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Gabarito: C

Identifique cada seta da figura pelo meio em que o calor passa.

1 – seta do cão para a rocha em que ele está sentado: contato direto entre sólidos → condução.
2 – seta saindo da boca/língua: a água da saliva evapora e leva calor → evaporação.
3 – seta curva no ar acima do cão: o ar aquecido sobe e circula → convecção.
4 – seta ondulada vindo do Sol: energia que chega pelo espaço, sem meio material → radiação.
5 – seta ondulada saindo do corpo para o ambiente: o pelo quente também emite infravermelho → radiação.

Sequência de 1 a 5: condução, evaporação, convecção, radiação e radiação.

Resposta: C

Por que as outras atraem: A e B começam por convecção na seta 1, mas o contato com a rocha é condução; D troca evaporação (língua) por radiação.

Dica: seta ondulada costuma indicar radiação; contato com o chão é condução; ar em movimento é convecção.

Questão 4 · Unicamp 2018 · Questão 63média

Icebergs flutuam na água do mar, assim como o gelo em um copo com água potável. Imagine a situação inicial de um copo com água e gelo, em equilíbrio térmico à temperatura de 0 °C. Com o passar do tempo o gelo vai derretendo. Enquanto houver gelo, a temperatura do sistema

A
permanece constante, mas o volume do sistema aumenta.
B
permanece constante, mas o volume do sistema diminui.
C
diminui e o volume do sistema aumenta.
D
diminui, assim como o volume do sistema.

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Gabarito: B

1. Temperatura
Gelo e água em equilíbrio a 0 °C: enquanto houver gelo, o calor recebido do ambiente é usado só para a fusão (calor latente). Por isso a temperatura permanece constante em 0 °C.

2. Volume
O gelo flutua porque é menos denso que a água líquida (cerca de 0,92 g/cm³ contra 1,0 g/cm³). Ao derreter, a mesma massa passa a ocupar um volume menor. Então o volume do sistema diminui.

Resposta: B

Por que as outras atraem: A pensa na dilatação comum dos materiais, mas a água é anômala entre 0 °C e 4 °C; C e D supõem que a temperatura cai, mas durante a mudança de fase ela não varia.

Dica: durante qualquer mudança de estado de uma substância pura, a temperatura fica constante.