Física Geral e Experimental III Dilatação

Física III
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Física Geral e Experimental III
Dilatação
6. Em um dia quente em Las Vegas um caminhão-tanque foi carregado com 37.000 L de
óleo diesel. Ele encontrou tempo frio ao chegar a Payson, Utha, onde a temperatura
estava 23,0 K abaixo da temperatura de Las Vegas e onde ele entregou a carga. Quantos
litros foram descarregados? O coeficiente de dilatação volumétrica do óleo diesel é 9,50 x
10-4/ºC, e o coeficiente de dilatação linear do aço que é feito o tanque do caminhão é 11 x
10 -6 / ºC.
R: 36 191,5 L.
7. Um agrimensor usa uma fita de aço de 50 000 m de comprimento a uma temperatura
de 20ºC. (a) Qual é o comprimento da fita em um dia de verão quando a temperatura é
igual a 35ºC? (b) Esse mesmo agrimensor usa a fita para medir uma distância quando a
temperatura é 35ºC e o valor lido é igual a 35 794 m. Qual a distância real?
R: (a)  50 008 m; (b)  35 800 m.
8. Determine a variação do volume de uma esfera de alumínio com um raio inicial de 10
cm quando a esfera é aquecida de 0,0ºC para 100ºC.
R:  28,9 cm3.
9. Qual é o volume de uma bola de chumbo a 30,0ºC se o volume da bola é 50 cm 3 a
60,0ºC?
R:  49,87 cm3.
10. Uma caneca de alumínio de 100 cm3 está cheia de glicerina a 22ºC. Quanta glicerina
irá derramar se a temperatura do sistema subir para 28ºC? (O coeficiente de dilatação da
glicerina é 5,1 x 10-4/ºC).
R:  0,26 cm3
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Exercícios – (Calor)
1. (a) Que quantidade de calor deve absorver uma amostra de gelo de massa m=720g a 10ºC para passar ao estado líquido a 15ºC? (b) Se fornecermos ao gelo uma energia total
de apenas 210 kJ (na forma de calor), quais são o estado final e a temperatura da
amostra?
R: (a)  300 KJ; (b) 580 g de água e 140 g de gelo, a 0ºC.
2.
Um lingote de cobre de massa m c = 75 g é aquecido em um forno de laboratório
até a temperatura T = 312ºC. Em seguida, o lingote é colocado em um béquer de vidro
contendo uma massa m a = 220g de água. A capacidade térmica Cb do béquer é 45 cal/K.
A temperatura inicial da água e do béquer é Ti = 12ºC. Supondo que o lingote, o béquer e
a água são um sistema isolado e que a água não é vaporizada, determine a T final Tf do
sistema quando o equilíbrio térmico é atingido.
R:  19,6ºC.
3.
Um joalheiro está criando peças de ouro. Para isto, ele precisa fundir o ouro para
preencher os moldes. Quanto calor é necessário para elevar a T de 3,0 Kg de ouro de
22ºC (T ambiente) para 1063ºC, o ponto de fusão do ouro? (c ouro = 0,126 kJ/kg.K)
R:  393,5 kJ.
4. Um bloco de 2,0 kg de alumínio está originalmente a 10ºC. Se 36 kJ de energia são
transferidos ao bloco, qual é a sua T final?
R: 30ºC
5. Quanto calor é necessário para transformar 1,5 kg de gelo, a -20ºC e a 1,0 atm, em
vapor?
R:  4574,3 kJ.
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Exercícios – Calor e trabalho
1. Suponha que 1,0 kg de água a 100ºC é convertido em vapor a 100ºC à pressão
atmosférica padrão (1,0 atm = 1,01 x 10 5 Pa) no arranjo da Figura abaixo. O volume
da água varia de um valor inicial de 1,0 x 10 -3 m3 do líquido para 1,671 m3 do vapor.
a) Qual é o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo?
b) Qual é a energia transferida em forma de calor durante o processo?
c) Qual é a variação de energia interna do sistema durante o processo?
(a) 169kJ; (b) 2256 kJ; (c) 2,09MJ.
2. Um gás ideal, inicialmente a 300 K, é comprimido à pressão constante igual a 25
N/m2, de um volume de 3 m3 até um volume de 1,8 m3. Durante o processo, o gás
perde 75 J de calor. Quais são (a) o trabalho realizado, (b) a variação de energia
interna do gás?
(a) -30 J; (b) -45 J.
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3. Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o
volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a
pressão se mantém igual a 20 N/m2. Sabendo-se que nessa transformação o gás
absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que da variação de sua energia interna é de?
R: 150J.
4. Um sistema termodinâmico realiza um trabalho de 40 kcal quando recebe 30 kcal
de calor. Nesse processo, a variação de energia interna desse sistema é de?
R: -10 kcal
5. Considere uma placa de cobre de comprimento L = 25,0 cm, A = 90,0 cm 2. Se TQ =
125ºC, TF = 10,0ºC e um regime estacionário é atingido, determine a taxa de
condução de calor através da placa.
R: 1,66 kJ/s.
6. Um cilindro contém 12 L de oxigênio a 20ºC e 15 atm. A temperatura é aumentada
para 35ºC e o volume é reduzido para 8,5 L. Qual é a pressão final do gás em
atmosferas? Suponha que o gás é ideal.
R: 22 atm.
7. Um mol de oxigênio (trate-o como um gás ideal) se expande a uma temperatura
constante T de 310 K de um volume inicial de 12 L para um volume final de 19 L. Qual
é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão?
R: 1.180 J.
8. Um pneu de automóvel, cujo volume é igual a 250 cm3, contém ar sob pressão
absoluta inicial de 2,7 atm, quando sua temperatura é de 23ºC. Calcule a pressão
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absoluta do ar no pneu quando sua temperatura passa para 53ºC e seu volume
aumentar para 280 cm3.
R: 2,7 atm.
9. Calcule a pressão exercida por 10 g de nitrogênio no interior de um recipiente de 1
litro, sendo a temperatura igual a 25℃ e admitindo que o nitrogênio se comporte como
um gás ideal.
R: 8,7 atm.
10. Um gás ideal encontra-se num recipiente à pressão p 1 e à temperatura T1. Outro
gás ideal encontra-se em outro recipiente de volume V 2 (diferente de V 1) e sob
pressão p2 (diferente de p1). A temperatura T é a mesma nos dois recipientes.
Obtenha uma expressão para a determinação da pressão de equilíbrio quando os
dois recipientes forem conectados.
11. Um recipiente de 20 litros contém oxigênio a uma pressão de 0,1 atm e a uma
temperatura de 27℃. Outro recipiente, também de 20 litros, contêm nitrogênio sob
pressão de 0,2 atm, na temperatura de 27℃. Os dois recipientes são ligados mediante
conexão de volume desprezível. Determine: (a) a pressão parcial do oxigênio, (b) a
pressão parcial do nitrogênio, (c) a pressão total da mistura.
(a) 0,05 atm; (b) 0,1 atm; (c) 0,15 atm.
12. A 0ºC e à pressão de 1,0 atm a densidade do ar, do oxigênio e do nitrogênio são,
respectivamente, 1,293 kg . m-3 , 1,429 kg . m-3 e 1,251 kg . m-3. Calcule a
percentagem de nitrogênio no ar, a partir desses dados, supondo apenas a presença
desses dois últimos gases.
(a) 73,7%.
13. Água em um balde aberto e à temperatura de 27ºC evapora devido ao escape de
algumas de suas moléculas superficiais. O calor de evaporação (540 cal.g -1) pode ser
determinado aproximadamente por ℰn onde ℰ é a energia média das moléculas que
escapam e n é o número de moléculas por grama. (a) Calcule ℰ.
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(a) 1,614 x 10-20 cal.
14. Quando um sistema é levado do estado i para o estado f, ao longo do caminho iaf,
encontra-se Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo do caminho ibf, Q = 36 cal (ver figura
abaixo). (a) Qual é o valor de W para o caminho ibf ? (b) Se W = -13 cal para o
caminho curvo de volta fi, qual o valor de Q? (c) Se Ei = 10 cal, quando vale Ef? (d)
Se Eb = 22 cal, quanto vale Q para o processo ib?
(a) 6 cal; (b) -43 cal; (c) 40 cal; (d) 18 cal.
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