Lista 2

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FÍSICA BÁSICA II
1º SEMESTRE DE 2015
Professor: Anderson H.R. Ferreira
2º LISTA DE EXERCÍCIOS
Instruções:
Tenha sempre em mãos uma Calculadora Científica, pois a mesma será utilizada
exaustivamente no curso de FÍSICA BÁSICA II. Logo no início do curso será feita uma
revisão de algumas operações imprescindíveis com o uso da calculadora.
UNIDADE II – TERMODINÂMICA (MÓDULO I)
Escalas Termométricas
Exercício 1
a) Dada a escala termométrica em escalas Celsius (°C) e Fahrenheit (°F) da Figura
1:
Figura 1:
Relação entre as escalas Celsius (°C) e Fahrenheit (°F)
Utilizando a regra de proporcionalidade discutida em sala, determine a relação
entre as escalas Celsius (°C) e Fahrenheit (°F).
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2
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Converta TC = -50 °C em TF
Converta TC = -20 °C em TF
Converta TC = 0 °C em TF
Converta TF = -50 °F em TC
Converta TF = -20 °F em TC
Converta TF = 0 °F em TC
Verifique os resultados obtidos dos itens anteriores com o Gráfico 2
Intervalo entre Escalas (°C - °F)
Conversão entre as escalas Celsius(°C) - Fahrenhit (ºF)
40
30
Escala Fahrenheit (°F) para Escala Celsius (°C)
Escala Celsius (°C) para Escala Fahrenheit (°F)
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Intervalo de Estudo
Gráfico 1: Conversão entre escalas Celsius e Fahrenheit
i) Calcule em qual temperatura TF = Tc e verifique o seu resultado com o Gráfico
2
Resp:
b) Resp: -58 [°F]
c) Resp: -4 [°F]
d) Resp: 32 [°F]
e) Resp: -45,56 [°C]
f) Resp: -28,89 [°C]
g) Resp: -17,78 [°C]
i) Resp: TF = 40 [°F]; Tc = 40 [°C]
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Calor Sensível e Latente
Exercício 2
Uma barra de aço tem 3 cm de diâmetro a 25ºC. Um anel de latão tem um
diâmetro interno de 2,992 cm a 25ºC. Se os dois objetos são mantidos em equilíbrio
térmico, a que temperatura a barra se ajusta perfeitamente ao furo?
Dados:
𝛼(𝐴𝑛𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝐿𝑎𝑡ã𝑜) = 19 × 10−6 𝐶 −1
𝛼(𝐴ç𝑜) = 11 × 10−6 𝐶 −1
Resp: 360 ºC
Exercício 3
Considere que o concreto com o coeficiente de dilatação linear 𝛼 = 11,9 ×
10 𝐶 . Observamos frequentemente que as estruturas em módulos de concreto
apresentam um rejunte móvel que prevê a dilatação térmica da estrutura, quando a
temperatura varia. Em uma estrutura varia com lajes de concreto de 10,0[m] de
comprimento, qual deve ser a folga mínima entre as lajes para se evitar a tensão por
dilatação térmica, se a variação da temperatura ambiental for de 40,0[°C]?
−6 −1
Resp:
Δ𝐿 = 4,76 × 10−3 [𝑚]
Exercício 4
Considere um calorímetro, assumindo como ideal, contendo 1,9 [kg] de água à
temperatura de 22[°C]. Colocamos no calorímetro um bloco de alumínio de massa
0,25[kg] à temperatura de 299 [K] e ainda um bloco de ferro de massa 480[g] à
temperatura de 78[°C] como mostra o esquema da Figura 1:
Figura 1: Calorímetro ideal
Resp:
𝑇𝑓 = 23,6[°𝐶]
𝑐𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 ≅ 0,11
𝑐𝑎𝑙
𝑔℃
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4
𝑐𝑎𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑜 ≅ 0,22
𝑐à𝑔𝑢𝑎 ≅ 1,0
𝑐𝑎𝑙
𝑔℃
𝑐𝑎𝑙
𝑔℃
Exercício 5
Que quantidade de calor Q é necessário fornecer a 200 g de gelo a -20 ºC para “aquecêlo” até 0º C?
Resp: 2 kcal
Primeira Lei da Termodinâmica
Exercício 6
Uma amostra de gás passa pelo ciclo abca mostrado no diagrama P-V da Figura 1:
Figura 1: Diagrama P-V
O trabalho líquido realizado é de +1,2 [ J ]. Ao longo da trajetória ab a variação da
energia interna é de +3 [ J ], e o valor absoluto do trabalho realizado é 5 [ J ]. Ao longo
da trajetória ca a energia transferida para o gás na forma de calor é +2,5 [ J ]. Qual é a
energia transferida na forma de calor ao longo:
a) Da trajetória ab
b) Da trajetória bc
Resp:
a) 𝑄𝑎𝑏 = +8,0 [𝐽]
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5
b) 𝑄𝑏𝑐 = −9,3 [𝐽]
Exercício 7
Calcular o trabalho 𝜏, o calor Q e a energia interna Δ𝑈 envolvidos no processo
termodinâmico de um gás ideal monoatômico representado abaixo no plano P-V:
Figura 2: Diagrama P-V do processo termodinâmico [3]
Resp:
Processo
Processo
Processo
Termodinâmico Termodinâmico Termodinâmico
β
α

Trabalho τ
0
+ 1,96
+ 1,49
[atm.L]
Calor Q
+ 1,05
+ 4,90
+ 1,49
[atm.L]
Energia
+ 1,05
+ 2,99
+0
Interna Δ𝑈
[atm.L]
*Todas as Unidades dos processos termodinâmicos estão em [atm.L]
Ou em unidades de [J]:
Processo
Processo
Processo
Termodinâmico Termodinâmico Termodinâmico
β
α

Trabalho τ
[J]
Calor Q
[J]
0
+ 196
+ 149
+ 105
+ 490
+ 149
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Energia
Interna Δ𝑈
[J]
+ 105
+ 299
+0
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1].
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl (Coaut.
de). Fundamentos de física. 8. ed. Rio de Janeiro, RJ: Livros Técnicos e Científicos,
2009. 4v., il. ISBN 9788521616054 (broch.).
[2].
NUSSENZVEIG, H. Moyses. Curso de física básica. São Paulo, SP: Edgard
Blucher, c1983. 2v.
[3].
TELLES, Dirceu D'Alkmin; MONGELLI NETTO, João (org.). Física com
aplicação tecnológica. São Paulo: Blucher, 2011. nv., il. ISBN 9788521205876 (broch.).
[4].
FEYNMAN, Richard P. Física em seis lições: fundamentos da física explicados
por seu mais brilhante professor. 6. ed. Rio de Janeiro, RJ: Ediouro, 2001. 205 p. ISBN
8500004797 (broch.).
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