Problemas Resolvidos de Física

Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
HALLIDAY, RESNICK, WALKER, FUNDAMENTOS DE FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE
JANEIRO, 1996.
FÍSICA 2
CAPÍTULO 20 – CALOR E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
17. Uma panela de cobre de 150 g contém 220 g de água, ambas a 20,0oC. Um cilindro de cobre
muito quente de 300 g é colocado dentro da água, fazendo com que ela ferva, com 5,00 g sendo
convertidos em vapor. A temperatura final do sistema é 100oC. (a) Quanto calor foi transferido
para a água? (b) E para a panela? (c) Qual era a temperatura inicial do cilindro?
(Pág. 198)
Solução.
(a) O calor total recebido pela água Qa é dividido em calor gasto para aquecimento de T0 = 20,0oC
para T = 100oC (sensível, Qa,s) e calor gasto para promover a mudança de fase para vapor (latente,
Qa,l):
Qa = Qa , s + Qa ,l = ma ca ∆Ta + Lv mv
Na expressão acima, ma e mv são as massas de água e de vapor d’água, ca é o calor específico da
água e Lv é o calor latente de vaporização da água.
=
Qa
00 g )
( 220 g ) (1, 00 cal/g.o C )(80o C ) + ( 538,9 cal/g )( 5,=
20.294,5 cal
Qa ≈ 20,3 kcal
(b) A panela recebeu apenas calor de aquecimento de T0 = 20,0oC para T = 100oC:
Q p= m p c p ∆Tp=
(150 g ) ( 0, 0923 cal/g.o C )(80o C )=
1.107, 6 cal
Q p ≈ 1,11 kcal
(c) A temperatura inicial do cilindro de cobre pode ser obtida por meio do balanço da energia
trocada no âmbito do sistema. Na expressão abaixo, Qc é o calor cedido pelo cilindro.
0
Qc + Q p + Qa =
mc cc ∆Tc + Q p + Qa =
0
0
( 300 g ) ( 0, 0923 cal/g.o C ) (100o C ) − Tc  + (1.107, 6 cal ) + ( 20.294,5 cal ) =
0
( 2.769 cal ) − ( 27, 69 cal/ o C ) Tc + (1.107, 6 cal ) + ( 20.294,5 cal ) =
( 27, 69 cal/ C ) T = ( 24.171,1 cal )
o
c
Tc = 872,9180o C
Tc ≈ 873o C
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Halliday, Resnick, Walker - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 20 – Calor e Primeira Lei da Termodinâmica
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