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
23. Um cozinheiro, após acordar e perceber que seu fogão estava sem gás, decide ferver água para
fazer café, sacudindo-a dentro de uma garrafa térmica. Suponha que ele use 500 cm3 de água a
59oF e que a água caia 1,0 pé em cada sacudida, com o cozinheiro dando 30 sacudidas por
minuto. Desprezando-se quaisquer perdas de energia térmica pela garrafa, quanto tempo precisa
ficar sacudindo a garrafa até que a água ferva?
(Pág. 198)
Solução.
A energia necessária para ferver a água Qa vale:
Qa = mc∆T = ρVc∆T
Qa=
(1, 0 g/cm )( 500 cm )(1, 00 cal/g C ) (100 C ) − (15 C )=
3
3
o
o
o
42.500 cal= 177.905 J
O aumento de temperatura devido a cada sacudida é devido à transferência de energia potencial
gravitacional à massa de água. A cada sacudida uma energia potencial Qs igual a mgh é transferida
para o líquido.
=
Qs mgh
= ρVgh
Qs =
1, 49112 J
(1.000 kg/m3 )( 5, 0 ×10−4 m3 )( 9,81 m/s2 ) ( 0,3040 m ) =
A freqüência f da agitação é de 30 sacudidas por minuto, ou f = 0,50 s−1. Como a cada ciclo de
agitação uma energia Qs é transferida, a taxa de transferência de energia é fQs. Logo, o tempo total t
necessário para ferver a água será:
=
t
Qa
=
fQs
(177.905 J ) =
( 0,50 s−1 ) (1, 49112 J )
238.619, 29 s
t ≈ 2,8 d
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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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