78 Questões de Máquinas simples Formas de propagação do calor Equilíbrio termodinâmico e vida na Terra História dos combustíveis e das máquinas térmicas

Trecho de relatório de missão, 21 de fevereiro de 2009 — o instrumento HiRISE do Mars Reconnaissance Orbiter capturou a imagem em cores aprimoradas da lua Deimos, exibida acima. Sensores de termografia espacial registraram variações de temperatura na superfície de Deimos, que alcança cerca de +50 graus C no pico diurno marciano e cai para aproximadamente -100 graus C durante a noite. Tais oscilações ocorrem mesmo levando em conta as propriedades do regolito e a cor clara da rocha. A análise conjunta da topografia irregular, da exposição solar e da ausência de atmosfera significativa sugere fatores que influenciam a troca de calor em Deimos. Com base nesses elementos, é possível inferir a principal causa das variações térmicas observadas. Analise o texto-base e a imagem e identifique a explicação que justifica as grandes variações de temperatura na superfície de Deimos.

1. A) A porosidade elevada do regolito atua como isolante, atenuando as variações de temperatura na superfície.
2. B) A rotação rápida de Deimos provoca ciclos curtos de aquecimento e resfriamento, intensificando a amplitude térmica.
3. C) A ausência de atmosfera em Deimos impede a retenção de calor por convecção, favorecendo perdas rápidas de energia térmica.
4. D) A proximidade de Deimos ao Sol faz com que sua superfície receba calor intenso de forma contínua, gerando oscilações térmicas acentuadas.
5. E) A ação de ventos solares sobre a superfície de Deimos aumenta a transferência de calor, ampliando as variações de temperatura.

— Professora, por que minha garrafa térmica fica com a tampa quente quando deixo café quente dentro e fria depois que coloco suco gelado? — perguntou João, curioso sobre o que ocorria. A professora explicou que, ao adicionar o café, a água quente transfere calor para a garrafa e, após certo tempo, as temperaturas do líquido e da parede interna se igualam: atinge-se equilíbrio térmico, quando não há mais fluxo de calor entre eles. O mesmo processo ocorre com o suco gelado: após contato, a garrafa e o suco alcançam a mesma temperatura. Analise o texto-base e identifique qual afirmação descreve corretamente o equilíbrio térmico observado na garrafa.

1. A) O sistema permanece em equilíbrio térmico enquanto o líquido estiver mais quente que a parede interna.
2. B) O sistema alcança equilíbrio térmico quando a temperatura do líquido e da parede interna se iguala e o fluxo de calor cessa.
3. C) O sistema alcança equilíbrio térmico quando o líquido atinge sempre a temperatura inicial de envase.
4. D) O sistema alcança equilíbrio térmico quando o líquido para de trocar calor, mesmo se as temperaturas forem diferentes.
5. E) O sistema atinge equilíbrio térmico pelo simples fato de o líquido esfriar por radiação, sem envolver a garrafa.

Dados ilustrativos: pesquisa nacional revela que 65% das pessoas usam diariamente garrafas térmicas para conservar bebidas quentes em ambientes com temperatura média de 25 ºC. Em um teste de laboratório, medições mostraram que, após 10 minutos, a temperatura do café derramado em uma caneca de metal caiu de 90 ºC para 35 ºC, enquanto na garrafa térmica passou de 90 ºC para 85 ºC no mesmo intervalo. Após 30 minutos, a caneca atingiu 25 ºC, igual ao ambiente, e a garrafa manteve 80 ºC. Esses resultados demonstram diferentes formas de transferência de calor e de isolamento térmico. Analise o texto-base e identifique qual processo exemplifica o estabelecimento de equilíbrio termodinâmico.

1. A) Troca de calor entre o café e a caneca metálica até ambos alcançarem 25 ºC
2. B) Manutenção da alta temperatura do café dentro da garrafa térmica
3. C) Ligação do ar-condicionado até a temperatura ambiente permanecer constante
4. D) Aquecimento da chaleira ao ser colocada sobre o fogão
5. E) Formação de cristais de gelo na água deixada no freezer

Manchete ficticia: "Mortandade de peixes preocupa moradores do lago Vista Serena após brusca queda de temperatura noturna". Dados ilustrativos: durante o dia, a superfície da água atingiu 28 °C, enquanto o fundo permaneceu em 12 °C. Ao anoitecer, ventos fortes promoveram o movimento das águas, igualando as temperaturas. Técnicos observaram que, após essa mistura, as condições voltaram a ser estáveis para a biota. Analise o texto e identifique o processo responsável pelo restabelecimento do equilíbrio termodinâmico no lago Vista Serena.

1. A) A convecção que distribuiu calor entre as diferentes camadas de água.
2. B) O isolamento térmico promovido pela cobertura de vegetação na margem.
3. C) A condução de calor entre a água e o sedimento do fundo.
4. D) A evaporação intensificada na superfície do lago durante a noite.
5. E) A radiação solar que aqueceu apenas a camada superficial da água.

No intervalo da manhã, uma cozinheira colocou café bem quente em duas canecas iguais no formato, mas feitas de materiais diferentes: uma de metal e outra térmica, com parede dupla. Depois de 20 minutos, ela notou que o café da caneca de metal estava morno, enquanto o da caneca térmica continuava quente. Ao tocar por fora, a caneca de metal também parecia mais quente. A cozinheira concluiu que os materiais não se comportaram do mesmo jeito na troca de calor com o ambiente. Esse tipo de diferença ajuda a entender por que alguns recipientes mantêm melhor a temperatura dos alimentos e por que o corpo precisa perder calor em certas situações para funcionar bem. Analise a situação e identifique a explicação que melhor justifica a diferença de temperatura observada nas duas canecas.

1. A) A caneca térmica eliminou a energia do café, mantendo a mesma temperatura sem troca térmica.
2. B) A caneca térmica reduziu a troca de calor com o ambiente, retardando o equilíbrio térmico.
3. C) A caneca de metal fez o café ganhar temperatura do ar, por isso ficou mais quente ao toque.
4. D) A caneca térmica produziu calor extra, mantendo o café aquecido por mais tempo.
5. E) A caneca de metal impediu a passagem de calor, por isso o café esfriou mais devagar.

Durante uma viagem longa, a família guardou suco e água gelados em uma caixa térmica com gelo. Depois de 4 horas com a tampa fechada, o líquido ainda estava frio. Quando a tampa ficou entreaberta por algum tempo, a temperatura subiu mais rápido. O pai explicou que o frio não “fica preso”, mas que a caixa reduz a troca de calor com o ambiente. Assim, quanto menor a troca de calor, mais tempo o sistema demora para chegar ao equilíbrio térmico com o ar ao redor. Esse tipo de controle também aparece em casas com isolamento no telhado, em roupas adequadas para o inverno e no resfriamento de máquinas que não podem aquecer demais. Analise o texto e identifique a relação correta entre a caixa térmica e o equilíbrio térmico descrito.

1. A) A caixa transforma calor em gelo e conserva o líquido sempre na mesma temperatura.
2. B) A caixa acelera a troca de calor e leva o líquido ao equilíbrio mais cedo.
3. C) A caixa elimina totalmente a troca de calor com o ambiente externo.
4. D) A caixa produz frio e impede a variação da temperatura do líquido.
5. E) A caixa reduz a troca de calor e retarda a chegada ao equilíbrio térmico.