Exercícios sobre termologia para o ENEM (com gabarito explicado)
A termologia é o ramo da Física que estuda o calor, a temperatura e as trocas de energia térmica entre os corpos. Confira os exercícios sobre termologia no estilo ENEM, com gabarito explicado, para revisar os principais conceitos de condução, convecção, radiação e equilíbrio térmico.
Questão 1
Um engenheiro de uma empresa de construção civil está projetando um sistema de aquecimento de água para um grande hotel. Ele precisa decidir entre utilizar trocadores de calor feitos de cobre ou alumínio para o sistema.
O engenheiro sabe que a eficiência do trocador de calor depende da capacidade do material de transferir calor entre a fonte de calor e a água.
Sabendo que o cobre tem uma condutividade térmica de aproximadamente 386 W/m·K e o alumínio tem uma condutividade térmica de aproximadamente 237 W/m·K, qual das seguintes afirmações é correta em relação à escolha do material para o trocador de calor?
a) O alumínio é mais adequado porque é mais leve e mais barato que o cobre.
b) O cobre é mais adequado porque tem uma condutividade térmica maior que o alumínio, permitindo uma transferência de calor mais eficiente.
c) Ambos os materiais são igualmente adequados, pois a diferença na condutividade térmica não afeta significativamente a eficiência do trocador de calor.
d) O alumínio é mais adequado porque tem uma maior resistência à corrosão do que o cobre.
Resposta correta: alternativa b) O cobre é mais adequado porque tem uma condutividade térmica maior que o alumínio, permitindo uma transferência de calor mais eficiente.
Análise das alternativas:
a) INCORRETA - Embora o alumínio seja mais leve e possa ser mais barato, sua menor condutividade térmica em comparação com o cobre o torna menos eficiente para a aplicação em trocadores de calor.
b) CORRETA - A condutividade térmica é uma medida da capacidade de um material de conduzir calor. O cobre, com uma condutividade térmica de 386 W/m·K, é mais eficiente na transferência de calor do que o alumínio, que tem uma condutividade térmica de 237 W/m·K. Isso significa que um trocador de calor feito de cobre será mais eficiente na transferência de calor entre a fonte de calor e a água.
c) INCORRETA - A diferença na condutividade térmica entre o cobre e o alumínio é significativa e afeta diretamente a eficiência do trocador de calor.
d) INCORRETA - A resistência à corrosão é uma propriedade importante, mas a questão está focada na eficiência da transferência de calor, que é mais diretamente relacionada à condutividade térmica.
Questão 2
Um fabricante de panelas está desenvolvendo um novo modelo de panela que será utilizado em fogões a gás. O objetivo é criar uma panela que distribua o calor de forma uniforme e eficiente para cozinhar alimentos rapidamente economizando gás.
O fabricante está considerando utilizar dois materiais diferentes para a base da panela: aço inoxidável e cobre. A condutividade térmica do cobre é significativamente maior do que a do aço inoxidável.
Considerando as propriedades térmicas dos materiais e a aplicação pretendida, qual das seguintes afirmações é correta em relação à escolha do material para a base da panela?
a) O cobre é mais adequado porque sua maior condutividade térmica permite uma distribuição de calor mais uniforme e eficiente.
b) O aço inoxidável é mais adequado porque é mais resistente à corrosão do que o cobre.
c) Ambos os materiais são igualmente adequados, pois a diferença na condutividade térmica não afeta significativamente o desempenho da panela.
d) O aço inoxidável é mais adequado porque é mais durável e menos propenso a riscar do que o cobre.
Resposta correta: alternativa a) O cobre é mais adequado porque sua maior condutividade térmica permite uma distribuição de calor mais uniforme e eficiente.
Análise das alternativas:
a) CORRETA - A condutividade térmica é uma propriedade que determina quão bem um material pode conduzir calor. O cobre, com sua alta condutividade térmica, é mais eficiente na distribuição de calor do que o aço inoxidável. Isso significa que uma panela com base de cobre distribuirá o calor de forma mais uniforme, permitindo um cozimento mais rápido e eficiente.
Embora a resistência à corrosão seja uma propriedade importante, a questão está focada na eficiência da distribuição de calor, que é mais diretamente relacionada à condutividade térmica do material.
b) INCORRETA - Embora a resistência à corrosão seja uma propriedade importante, a questão está focada na eficiência da distribuição de calor, que é mais diretamente relacionada à condutividade térmica do material.
c) INCORRETA - A diferença na condutividade térmica entre o cobre e o aço inoxidável é significativa e afeta diretamente o desempenho da panela em termos de distribuição de calor.
d) INCORRETA - A durabilidade e a resistência a riscos são considerações importantes, mas não são o foco principal da questão, que é a eficiência na distribuição de calor.
Questão 3
Um engenheiro de uma empresa de construção civil está trabalhando no projeto de um sistema de aquecimento para uma grande instalação comercial. O sistema envolve o uso de tubulações metálicas para distribuir água quente por todo o edifício.
Durante a fase de projeto, o engenheiro precisa considerar as propriedades térmicas dos materiais utilizados nas tubulações para garantir que o sistema seja eficiente e seguro.
Considerando o contexto acima, analise as seguintes afirmações sobre as propriedades térmicas dos materiais e seu impacto no projeto do sistema de aquecimento:
I. O uso de tubulações de cobre é vantajoso devido à sua alta condutividade térmica, o que minimiza as perdas de calor durante a distribuição da água quente.
II. O calor específico do material da tubulação não tem impacto significativo na eficiência do sistema de aquecimento.
III. A temperatura da água nas tubulações irá diminuir ao longo do tempo devido às perdas de calor para o ambiente, independentemente do material utilizado.
Analisando as afirmações feitas pelo engenheiro, podemos classificá-las como:
a) I - Verdadeira; II - Falsa; III - Verdadeira
b) I - Falsa; II - Verdadeira; III - Falsa
c) I - Verdadeira; II - Falsa; III - Falsa
d) I - Verdadeira; II - Verdadeira; III - Verdadeira
Resposta correta: alternativa a) I - Verdadeira; II - Falsa; III - Verdadeira
Vamos analisar cada uma das alternativas em separado:
Afirmativa I - O cobre tem uma alta condutividade térmica, o que ajuda a minimizar as perdas de calor, mantendo a água quente por mais tempo. VERDADEIRA
Afirmativa II - Embora o calor específico não afete diretamente a taxa de transferência de calor, ele é relevante para entender como o material se comporta termicamente. No entanto, a afirmação está mais relacionada à eficiência do sistema como um todo. FALSA
Afirmativa III - Independentemente do material, haverá perdas de calor para o ambiente, o que faz com que a temperatura da água diminua ao longo do tempo. VERDADEIRA.
Questão 4
Durante o verão de 2023, diversas cidades brasileiras registraram recordes de temperatura, o que levou a um aumento no consumo de bebidas geladas.
Em uma lanchonete, um cliente pediu um copo de suco natural que havia acabado de sair da geladeira, à temperatura de 5 °C.
Para resfriar ainda mais, ele adicionou cubos de gelo feitos de água pura, inicialmente a 0 °C.
Após alguns minutos, o gelo derreteu completamente e o suco atingiu uma temperatura de equilíbrio um pouco acima de 0 °C.
Com base nessa situação e nos conhecimentos sobre troca de calor, equilíbrio térmico e calor latente, analise as afirmativas a seguir:
I. O gelo recebeu calor do suco, mas a temperatura do gelo não aumentou enquanto ele estava derretendo, pois toda a energia recebida foi usada para a mudança de estado físico.
II. A quantidade de calor cedida pelo suco é igual, em módulo, à quantidade de calor recebida pelo gelo, desconsiderando trocas de calor com o ambiente.
III. A temperatura final do sistema depende exclusivamente da quantidade de gelo adicionada, sendo irrelevante a massa do suco.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta (V para verdadeiro e F para falso) das afirmativas acima.
a) V – V – V
b) F – V – F
c) F – F – V
d) V – V – F
Resposta correta: alternativa d) V – V – F
Vamos analisar cada afirmativa em separado:
I – Verdadeira: durante a fusão ou derretimento, o gelo recebe calor sem variar sua temperatura, pois a energia recebida é utilizada na quebra das ligações intermoleculares.
II – Verdadeira: em um sistema isolado, o calor cedido (no caso, pelo suco) é igual, em módulo, ao calor recebido (pelo gelo).
III – Falsa: a temperatura final depende das massas e temperaturas iniciais de ambos os corpos, ou seja do suco e do gelo, e não apenas da quantidade de gelo.
Questão 5
Em uma oficina de cutelaria artesanal, um ferreiro realiza o processo de têmpera em uma pequena lâmina de aço para aumentar sua dureza.
A lâmina, com massa de 500 g, é aquecida em uma forja até atingir 800 °C. Em seguida, ela é rapidamente mergulhada em um recipiente de alumínio de 1000 g (1,0 kg) que contém 2000 g (2,0 kg) de óleo, ambos inicialmente em equilíbrio térmico com o ambiente a 25 °C.
O sistema (lâmina, óleo e recipiente) é considerado termicamente isolado. Após um curto período, o conjunto atinge uma nova temperatura de equilíbrio térmico (Tf), sem que ocorra vaporização do óleo.
Dados:
- Calor específico do aço: caço = 0,12 cal/g·°C
- Calor específico do óleo: cóleo = 0,45 cal/g·°C
- Calor específico do alumínio: calumínio = 0,22 cal/g·°C
Com base nos dados fornecidos, a temperatura final de equilíbrio (Tf) do sistema, em graus Celsius, é aproximadamente:
a) 48,2 °C
b) 55,9 °C
c) 64,4 °C
d) 71,8 °C
Resposta correta: alternativa c) 64,4 °C
O princípio fundamental usado nesta questão é o que diz que em um sistema isolado a soma total das trocas de calor é igual a zero, ou seja, o calor cedido por um componente é igual em módulo ao calor recebido pelo outro componente.
No caso da questão, o corpo quente (lâmina de aço) cede calor, enquanto os corpos frios (óleo e recipiente de alumínio) recebem calor.
No equilíbrio térmico temos:
Qaço + Qóleo + Qalumínio = 0
Lembre que Q = m . c . ΔT e ΔT = (Tfinal - Tinicial).
Vamos determinar o calor cedido ou recebido por cada elemento separadamente:
1. Calor trocado pela lâmina de aço (cede calor):
Qaço = maço . caço . (Tfinal - Tinicial, aço)
Qaço = 500 . 0,12 . (Tfinal - 800)
Qaço = 60 . (Tfinal - 800)
2. Calor trocado pelo óleo (recebe calor):
Qóleo = móleo . cóleo . (Tfinal - Tinicial, óleo)
Qóleo = 2000 . 0,45 . (Tfinal - 25)
Qóleo = 900 . (Tfinal - 25)
3. Calor trocado pelo recipiente de alumínio (recebe calor):
Qalumínio = malumínio . calumínio . (Tfinal - Tinicial,alumínio)
Qalumínio = 1000 . 0,22 . (Tfinal - 25)
Qalumínio = 220 . (Tfinal - 25)
Vamos agora substituir os calores da cada componente na equação do equilíbrio. Ficamos com:
60 . (Tfinal − 800) + 900 . (Tfinal − 25) + 220 . (Tfinal − 25) = 0
60 . Tfinal − 48000 + 900 . Tfinal − 22500 + 220 . Tfinal − 5500 = 0
(60 + 900 + 220) . Tfinal = 48000 + 22500 + 5500
1180 . Tfinal = 76000
Tfinal = 76000 / 1180 ≈ 64,4 °C
Questão 6
Durante uma intensa frente fria que atingiu a cidade de Curitiba (PR) em julho de 2023, os jornais e aplicativos de meteorologia reportaram dados conflitantes para a população.
Enquanto os termômetros de rua marcavam 10 °C, a previsão do tempo anunciava uma sensação térmica de 5 °C devido aos fortes ventos. Essa diferença gerou discussões sobre qual valor representava o "frio real".
Analise as afirmativas abaixo, classificando cada uma delas como Verdadeira (V) ou Falsa (F):
I. A sensação térmica inferior à temperatura real ocorre porque o vento remove a camada de ar aquecida junto à pele, acelerando a transferência de calor do corpo para o ambiente por convecção e aumentando a percepção de frio.
II. Um termômetro comum, devidamente calibrado e exposto ao vento na mesma cidade, registraria a temperatura da sensação térmica (5 °C), pois o movimento do ar também é capaz de resfriar o mercúrio ou o sensor do aparelho.
III. Um objeto inanimado, como um carro estacionado na rua, esfriaria até atingir a temperatura real do ar (10 °C), e não a temperatura da sensação térmica (5 °C), pois ele não produz calor internamente para que a taxa de perda seja percebida.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta (V para verdadeiro e F para falso) das afirmativas acima.
a) V – V – F
b) F – V – V
c) V – F – V
d) F – F – V
Resposta correta: alternativa c) V – F – V
Vamos analisar separadamente cada uma das alternativas:
Alternativa I – A afirmativa descreve corretamente o mecanismo do resfriamento pelo vento. O corpo humano aquece uma fina camada de ar em contato com a pele, que funciona como um isolante. O vento remove essa camada constantemente, forçando o corpo a perder calor mais rapidamente para aquecer uma nova camada de ar frio. Essa taxa de perda de calor acelerada é interpretada pelo nosso sistema nervoso como uma temperatura mais baixa. VERDADEIRA.
Afirmativa II – Este é um erro conceitual clássico. Um termômetro não produz calor e não possui um sistema fisiológico de percepção. Ele mede a energia cinética média das moléculas do ar com as quais está em equilíbrio térmico. Portanto, ele registrará a temperatura real do ar (10 °C), independentemente da velocidade do vento. O vento apenas faria o termômetro atingir o equilíbrio com o ar mais rapidamente, mas não alteraria a leitura final. FALSA.
Afirmativa III – Objetos inanimados, como carros, bancos de praça ou postes, trocam calor com o ambiente até atingir o equilíbrio térmico. A temperatura de equilíbrio será a temperatura real do ar (10 °C). A sensação térmica é um índice que descreve o efeito do vento na percepção de frio de seres vivos de sangue quente, não uma propriedade física do ar que se aplica a objetos. VERDADEIRA.
Questão 7
A moqueca capixaba é tradicionalmente preparada e servida na panela de barro, um ícone da cultura do Espírito Santo.
Confeccionada com argila específica e tratada com tanino, a panela de barro é famosa por duas características principais: ela mantém o alimento aquecido por muito tempo na mesa e é extremamente resistente a rachaduras quando levada diretamente ao fogo alto. Essas propriedades são resultado direto de suas características físicas.
Com base nessa tradição e nos conceitos de capacidade térmica e dilatação térmica, analise as afirmativas a seguir:
I. A panela de barro mantém o alimento aquecido por um longo tempo após sair do fogo porque possui uma elevada capacidade térmica. Isso significa que ela precisa absorver uma grande quantidade de calor para variar sua temperatura e, consequentemente, demora mais para liberar esse calor para o ambiente.
II. A resistência da panela a rachaduras quando levada ao fogo se deve ao seu alto coeficiente de dilatação térmica, que permite que o material se expanda uniformemente para acompanhar o aquecimento rápido, evitando tensões internas.
III. A capacidade térmica de uma panela de barro específica é uma propriedade que depende diretamente de sua massa, enquanto o coeficiente de dilatação térmica é uma característica intrínseca da argila utilizada, independentemente do tamanho da panela.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta (V para verdadeiro e F para falso) das afirmativas acima.
a) V – V – F
b) F – V – V
c) V – F – F
d) V – F – V
Resposta correta: alternativa d) V – F – V
Vamos analisar separadamente as alternativas:
Alternativa I – A afirmativa descreve perfeitamente o conceito de capacidade térmica. Um corpo com alta capacidade térmica (C = m . c) armazena muita energia térmica para cada grau de variação de temperatura. Por isso, panelas de barro e de ferro são ideais para manter alimentos quentes, pois demoram a esfriar. VERDADEIRA.
II – A resistência ao choque térmico (rachaduras por aquecimento/resfriamento rápido) está associada a um baixo coeficiente de dilatação térmica. Materiais com alto coeficiente de dilatação se expandem e contraem muito, e se o aquecimento não for perfeitamente uniforme, diferentes partes da panela dilatarão em taxas diferentes, gerando uma tensão interna que causa a fratura. Portanto, o ideal para resistir a rachaduras é um baixo coeficiente de dilatação. FALSA.
III – Esta afirmativa testa a diferença entre propriedades extensivas e intensivas. A capacidade térmica (C) é uma propriedade extensiva, pois depende da massa do objeto (C = massa . calor específico). Uma panela maior terá uma capacidade térmica maior que uma menor, feita do mesmo material. Já o coeficiente de dilatação térmica (α) é uma propriedade intensiva do material (da argila), ou seja, não depende da quantidade de matéria. VERDADEIRA.
Continue praticando com
exercícios sobre termodinâmica
exercícios sobre temperatura e calor
exercícios sobre convecção térmica.
SOUTO, Ana. Exercícios sobre termologia para o ENEM (com gabarito explicado). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-termologia-para-o-enem-com-gabarito-explicado/. Acesso em:
