1P - Se o doutor lhe diz que a sua temperatura é de 310,0 º acima

Lista de Exercícios - PRA
Física Geral Experimental III
I - Escalas Termométricas
1 - Se o doutor lhe diz que a sua temperatura é de 310,0o acima do zero absoluto,
você deve ficar preocupado? Por que?
2 - (Ex 3 – pág 207 Hallida Resnick vol 2 8ª ed)- Em 1964 a temperatura
da aldeia de Oymyahon, na Sibéria, chegou a -71 oC. Qual é o valor desta
temperatura na escala Fahrenheit. A maior temperatura registrada oficialmente no
Estados Unidos foi de 134 oF, no vale da Morte, Califórnia. Qual é o valor desta
temperatura na escala Celsius?
3 - Você coloca um pedaço de gelo em sua boca. Eventualmente, o gelo a uma
temperatura T1 = 32,0 oF é derretido e a temperatura final é a temperatura do
corpo T2 = 98,60 oF.
a) Expresse estas temperaturas em oC e K.
b) Calcule a variação de temperatura T = T2 – T1 nas duas escalas.
R  a) T1 = 0 oC = 273,15 K;T2 = 37 oC = 310,15 K b) T = 37 oC T = 37 K
4 - O comprimento da coluna de mercúrio de um termômetro é de 4,0 cm quando
o termômetro está em equilíbrio no ponto de gelo e 24,0 cm quando o
termômetro está em equilíbrio no ponto de vapor.
a) Qual deveria ser o comprimento da coluna, quando a temperatura ambiente
for de 22,0°C?
b) Se o comprimento da coluna de mercúrio for de 25,4 cm quando o termômetro
estiver imerso em uma solução química, qual será a temperatura da solução?
5 - (Ex 37 – pág 622 Tipler 5a ed – Ex 41 pág 596 6a ed) - A que
temperatura da escala Fahrenheit é igual a da Celsius?
6 - A que temperatura da escala Fahrenheit é igual ao triplo, mais 28 da escala
Celsius?
7 - Um vento forte sopra sobre uma cidade e a temperatura cai 11,80 oC em uma
hora. Calcule esta queda de temperatura em oF.
R  t = -21,24 oF
II - Dilatação
8 - (Exemplo 20-1 pág 704 Tipler 5a ed) Uma ponte de aço tem 1000 m de
comprimento. De quanto ela se expande quando a temperatura se eleva de 0 oC para
30oC?
(Resp: 0,33 m = 33 cm)
9 - Uma rede de distribuição de energia elétrica deve ser construída em uma cidade
onde, historicamente, a temperatura mínima é -15 oC e a máxima 37 oC. Os cabos
de aço, utilizados na condução elétrica, terão suas extremidades presas em postes
que estão a uma distância de 200 m. Qual o comprimento mínimo dos cabos entre
os postes para que os cabos não arrebentem ou se desprendam dos postes, se a
temperatura no dia de sua colocação for 25 oC?
Dado: coeficiente de dilatação linear do aço: 11.10-6 K-1.
10 - (Ex. 26 pág 723 Tipler 5a ed)- Um orifício é aberto em uma chapa
de alumínio
(αalumínio= 24. 10-6 K -1), usando-se uma broca de aço
-6
-1
(αaço= 11. 10 K ) cujo diâmetro a 200 C é de 6,245 cm. Durante o processo de
perfuração, a temperatura da chapa e da broca se eleva para 1680C. Qual o diâmetro
do orifício aberto na chapa de alumínio quando ela atinge a temperatura ambiente?
(Resp: 6,233 cm)
11 - (Exemplo 20-2 pág 704 Tipler 5a ed – Exemplo 20-3 pág 673 6a ed)Um aluno, em um laboratório , enche um frasco de vidro de 1 L até a borda, com
água a 100 C. Ele aquece o frasco, elevando a temperatura da água e do frasco para
300C. Qual a quantidade de água que derrama para fora do frasco?
(Resp: 3,6 ml)
12 - Um carro tem um tanque de aço de 50 L cheio de gasolina, à temperatura de
20ºC. O coeficiente de expansão volumétrica da gasolina é  = 0,900 x 10-3 K-1.
Levando em conta a expansão do tanque de aço, que quantidade de gasolina
transbordará do mesmo, quando o carro estiver estacionado ao Sol e sua
temperatura subir para 32º C?
III - Transferência de Energia Térmica
13 - (Tipler – ex. 38 p. 724) Uma barra de cobre com 2,0 m de comprimento, tem
seção reta circular com raio de 1,0 cm. Uma extremidade da barra está a 1000C e a
outra a 00C. A superfície lateral da barra está termicamente isolada e as perdas
térmicas através do isolamento são desprezíveis. (Dado: k cobre = 401 W/m.K)
Determinar:
a) a resistência térmica da barra;
b) o fluxo de calor;
c) a temperatura da barra a 25 cm da extremidade quente.
Resp: a) 15,9 K/W; b) 6,29 W; c) 87,5 0 C
14 - Uma parede de concreto em um prédio comercial tem uma área superficial de
30 m² e uma espessura de 0,30 m. No inverno, o ar ambiente (interno) deve ser
mantido a 35 °C enquanto o ar externo encontra-se a -15 °C. Qual é a perda de calor
através da parede? A condutividade do concreto é de 1 W/m.K.
Resp: Q = 5 kW
15 - Em um pátio de obras, para a construção de uma usina hidroelétrica, os
engenheiros trabalham em uma sala de 15 m de comprimento, 6 m de largura e 3 m
de altura que é mantida a temperatura de 22 oC por um aparelho de ar condicionado.
As paredes da sala de 25 cm de espessura, são feitas de tijolos de concreto com
condutividade térmica de 0,13 W/m.k e a área das janelas, podem ser consideradas
desprezíveis. A face externa das paredes pode estar até a 40 oC em um dia de verão.
Desprezando a troca de calor através das áreas do piso e do teto, que estão bem
isolados e desconsiderando a influência das janelas, pede-se o calor a ser extraído
da sala pelo ar condicionado.
Resp: I = 1.179,36 W
16 - (Ex. 40 pág 724 Tipler 5a ed Ex. 36 pág 692 Tipler 6a
ed) Dois cubos de metal com 3 cm de aresta, um de cobre (Cu) e
outro de alumínio (Al), estão dispostos conforme a figura. Calcule:
a) a resistência térmica de cada cubo,
b) a resistência térmica do sistema formado pelos dois cubos,
c) a corrente térmica I,
d) a temperatura na interface dos cubos.
Resp: a)RCu = 0,0831 K/W e RAl = 0,141 K/W; b) 0,224 K/W; c) 357 W; d)
70,3 0 C)
17 - (Ex. 41 pág 724 Tipler 5a ed Ex. 37 pág 692 Tipler 6a
ed) Os cubos da questão anterior são montados em paralelo, como
mostra a figura. Calcule:
a) a corrente térmica de cada cubo,
b) a corrente térmica total,
c) a resistência térmica equivalente.
Resp: ICu = 962 W e IAl = 569 W; b) 1,53 kW; c) 0,0523 K/W)
IV – Calorimetria
18 - Exemplo 18.1 – Tipler pág 602 6a ed
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 temperatura de 3 kg
de ouro de 22oC para 1.063oC, que é o ponto de fusão do ouro?
R – 393 k J
19 - Ex 26 – pág 659 – Tipler 5a ed Ex 28 – pág 630 6a ed
Uma casa solar contém 105 kg de concreto ( calor específico = 1,0 k J/kg.K). Que
quantidade de calor é liberada pelo concreto quando ele se resfria de 25 oC para
20o C?
R : Q = 500 M J
20 - Um fogareiro é capaz de fornecer 250 calorias por segundo. Colocando-se sobre
o fogareiro uma chaleira de alumínio de massa 500 g, tendo no seu interior 1,2 kg
de água à temperatura ambiente de 25 °C, a água começará a ferver após 10 minutos
de aquecimento. Admitindo-se que a água ferve a 100 °C, qual a fração de energia
fornecida é gasta no aquecimento da chaleira com água, levando a água à ebulição?
R : 65,38%
21 - A potência elétrica dissipada por um aquecedor de imersão é de 200 W.
Mergulha-se o aquecedor num recipiente que contém 1 litro de água a 20°C.
Supondo-se que 70% da potência dissipada pelo aquecedor sejam aproveitados para
o aquecimento da água, quanto tempo será necessário para que a temperatura da
água atinja 90 °C?
R : t = 2.090 s.
22 - Um processo industrial precisa manter água em um reservatório de 2 m 3 à
temperatura de 40oC. A água é captada de um rio próximo por uma bomba de vazão
e escoa naturalmente para o processo, mantendo o nível constante no reservatório,
conforme ilustra a figura abaixo. Antes de entrar no reservatório, a água captada
passa por um filtro industrial que realiza sua limpeza. Para elevar a temperatura da
água, utiliza-se um sistema de aquecimento elétrico, composto por quatro
resistências, que gera uma quantidade de calor de 4.356 J por segundo, em cada
uma das resistências.
Dentro do reservatório, existe um sistema misturador que facilita a troca de calor
entre a água recém-captada e aquela armazenada no reservatório, mantendo a
homogeneidade da temperatura da água.
Sabendo-se que a temperatura da água no rio é de 20 oC e o calor específico
da água c = 4,18 x 103 J/kg.K . Qual a massa de água aquecida por segundo no
reservatório, para que a temperatura de saída da água do processo atinja o equilíbrio
em 40 oC.
OBS: despreze as perdas de calor do reservatório para o meio ambiente.
23 - Exemplo. 18.2 – pág 627– Tipler 5a ed Exemplo 18.2 – pág 602 6a ed
Para medir o calor específico do chumbo, uma pessoa aquece 600 g de granalha de
chumbo até a temperatura de 100oC e depois coloca esse conteúdo em um
calorímetro de alumínio com 200g de massa, contendo 500g de água, inicialmente a
17,3oC. Se a temperatura final do conjunto for 20 oC, qual o calor específico do
chumbo? (O calor específico do recipiente de alumínio é 0,900 KJ/kg.K)
R : c = 0,128 k J/ kg.K
24 - Exemplo. 18.3 – pág 631– Tipler 5a ed Exemplo 18.3 – pág 604 6a ed
Qual a quantidade de calor necessário para transformar 1,5 kg de gelo – 20oC em
vapor a 1 atm?
R : Q = 4,58 M J
25 - Qual a potência mínima que deve ter um freezer para que ele produza 20 kg de
gelo por dia, utilizando água potável inicialmente a 25 oC, num período de 6 h?
V – Lei dos Gases Perfeitos
26 - Exemplo 17.3 pág 605 - R - 22,4 l
Qual o volume ocupado por 1 mol de um gás ideal à temperatura de 0ºC e pressão
de 1 atm?
27 - Ex: 43 pág 622 - R - 1,79 mol
Um recipiente de 10 L contém gás à temperatura de 0°C e à pressão de 4 atm.
a) Quantos moles do gás estão no recipiente?
b) Quantas moléculas?
28 - Exemplo 17.6 pág 607 - R- a) 295 K b) 0,688 atm
Uma amostra de 100g de CO2 ocupa o volume de 55 L a 1 atm de pressão.
a) Qual a temperatura da amostra?
b) Se o volume for aumentado para 80 L e a temperatura for mantida
constante, qual a nova pressão?
29 - Ex: 46 pág 622 - R- a) 360,7 K b) 385,9 K
Um motorista enche os pneus do carro a uma pressão manométrica de 180 kPa, em
um dia que a temperatura é de - 8,0°C. Quando chega ao seu destino, a pressão nos
pneus aumentou para 245 kPa. Qual a temperatura dos pneus, admitindo-se que:
a) os pneus não se expandem,
b) os pneus se expandem 7%.
30 - Em um motor de automóvel, uma mistura de ar e
gasolina é comprimida no interior do cilindro antes da
ignição. Um motor típico possui uma razão de
compressão de 9,00 para 1; isso significa que o gás no
cilindro é comprimido até um volume igual a 1/(9,00) do
seu volume original. A pressão inicial é igual a 1,00 atm
e a temperatura inicial é igual a 27°C. Se a pressão
depois da compressão for igual a 21,7 atm, calcule a
temperatura do gás comprimido.
VI - Primeira Lei da Termodinâmica
31 - Ex 45 - Um gás diatômico realiza 300 J de trabalho e absorve 600 cal de
calor. Qual a variação da energia interna do gás?
32 - Ex 46 - Se 400 kcal forem adicionadas a um gás que se expande e realiza
800 kJ de trabalho, qual a variação da energia interna do gás?
33 - Ex 47 - Uma bala de chumbo que se desloca a 200 m/s entra em repouso
ao atingir um bloco de madeira. Considerando que toda a variação de energia
contribua para o aquecimento da bala, estime a temperatura final da bala se
sua temperatura inicial era de 20°C.
34 - Ex 49 - Quando 20 cal de calor são absorvidas por um gás, o sistema
realiza 30 J de trabalho. Qual a variação da energia interna do gás?
35 - Ex 50 - Uma bala de chumbo, inicialmente a 30°C, se funde ao chocarse com o alvo. Considerando que toda a energia cinética da bala se transforma
em energia interna no qual provoca a elevação de sua temperatura e de sua
fusão, calcule a velocidade da bala no instante do impacto.
VII - Trabalho e Diagrama PV para um Gás
Nos exercícios 36 até 39 - O estado inicial de 1 mol de um gás ideal é P 1 =
3 atm, V1 = 1 L e U inicial = 456 J, e seu estado final é P 2 = 2 atm,
V2 = 3 L e U final = 912 J.
36 - Ex 52 - Um gás se expande a pressão constante até um volume de 3 L,
depois, é resfriado a volume constante até a pressão de 2 atm.
a) Mostre esse processo em um diagrama PV e calcule o trabalho realizado
pelo gás.
b) Calcule o calor absorvido durante esse processo.
37 - Ex 53 - Um gás é resfriado a volume constante até a sua pressão alcançar
2 atm. Depois expande-se até o volume de 3 L .
a) Mostre esse processo em um diagrama PV e calcule o trabalho realizado
pelo gás.
b) Calcule o calor absorvido durante esse processo.
38 - Ex 54 - Um gás se expande isotermicamente até seu volume atingir 3 L e
sua pressão 1 atm. Ele é então aquecido a volume constante até que sua
pressão atinja 2 atm.
a) Mostre esse processo em um diagrama PV e calcule o trabalho realizado
pelo gás.
b) Calcule o calor adicionado durante esse processo.
39 - Ex 55 - Um gás é aquecido e ao mesmo tempo se expande, sendo
representado por um segmento de reta em um diagrama PV que vai de seu
estado inicial até o seu estado final.
a) Mostre esse processo em um diagrama PV e calcule o trabalho realizado
pelo gás.
b) Calcule o calor adicionado durante esse
processo.
40 - Dois mols de um gás ideal inicialmente a 20°C e
200.103 Pa tem 4.10-3 m3 de volume. Em uma expansão
isotérmica quase-estática sua pressão é reduzida a um
valor de 100. 103 Pa, enquanto seu volume passa 2Vo.
Calcule:
a) o trabalho feito pelo gás,
b) o calor adicionado ao gás durante a expansão.
41 - O gráfico ao lado ilustra uma transformação de 2 mols
de gás ideal monoatômico, inicialmente a Po = 2.105 Pa e
Vo = 0,25 m3, que recebe do meio exterior uma quantidade
de calor 13,8.104 J. Calcule o trabalho realizado pelo gás
e a variação de energia Interna do gás, quando este sofre
uma transformação e sua pressão passa para P = 4.105 Pa
e o volume para V = 0,5 m3
42 - O gráfico ao lado, ilustra uma transformação
de gás ideal monoatômico que recebem do meio
exterior uma quantidade de calor 6,5.105 J. Calcule
o trabalho realizado pelo gás e a variação de
energia Interna do gás.
43 - Um gás ideal sofre um processo cíclico, indo do ponto A até o ponto B, em
seguida ao C e, finalmente, depois de passar pelo ponto D, retorna ao ponto A. Esse
processo está ilustrado na figura ao lado. No estado
inicial, o gás possui um volume de 1 L e uma pressão
de 2 atm. O gás se expande a pressão constante até
alcançar o volume de 2,5 L. Depois, é resfriado a
volume constante até que sua pressão atinja 1 atm.
Nesse momento é comprimido à pressão constante
até que seu volume seja novamente de 1 L. Depois
disso, é aquecido a volume constante até retornar ao
seu estado original. Calcule o trabalho total relativo
ao gás e o calor total recebido pelo mesmo durante o
ciclo.
FORMULÁRIO
Dilatação
L = Lot
V = Vot
 = 3
Vlíq=VR+Vap
Condução
T = R.I
R
x
kA
1ª Lei da
Termodinâmica
Q = △U + 
 = P. △V
Q = C.T
Calorimetria
Gases
Q = m.c.△t
Q = m.L
P.V = .R.T
cgelo = 2,05 x 103
J/Kg.K
R = 8,314 J/mol.K
cágua = 4,18 x 103
J/Kg.K
R = 0,08206 atm.l/mol.K
Lf = 333,5 x 103 J/kg
NA = 6,022 x 1023 molécula
m
 = M (número de mols)
Lv = 2.257 x 103 J/kg
Área do Trapézio
B  b h
Área 
2
Trabalho na Isotérmica
 Vf
 Vi
  RT ln 


