1º semestre de 2014 Lista de exercícios 3 (aulas 21

FATECSP
Prof. Renato M. Pugliese
renatopugliese.wordpress.com
Física II - 1º semestre de 2014
Lista de exercícios 3 (aulas 21 a 30): Termodinâmica
Temperatura, Dilatação térmica, Calorimetria, Equilíbrio térmico,
1a. e 2a. leis da termodinâmica
1. Uma paciente febril apresenta temperatura de 37,8ºC. Se sua temperatura fosse medida com
termômetros graduados em graus Fahrenheit ou em Kelvin, quais seriam as leituras?
2. Em que temperatura a leitura na escala Fahrenheit é igual a: a) duas vezes a leitura da Celsius? b)
metade da leitura da Celsius?
3. Em determinada atividade em uma aula de física, um grupo de estudantes criou sua própria escala
para medir a temperatura de objetos, e nomearam-na de Escala Teste (ºT). Nessa nova escala, os
valores de 0ºT e 10ºT correspondem, respectivamente, a 16°C e 36°C. a) Monte uma equação que
sirva para transformar os valores de temperatura entre as escalas Celsius e Teste; b) Qual a
temperatura de ebulição (no nível do mar) da água na escala dos estudantes (ºT)? c) Calcule a
temperatura de mesmo valor numérico em ambas escalas.
4. Um bastão de aço tem 3,00 cm de diâmetro a 25ºC. Um anel de latão tem um diâmetro interno de
2,992 cm a 25ºC. Em que temperatura comum o bastão deslizará pelo anel?
Obs.: α(aço) = 11.10-6K-1; α(latão) = 19.10-6K-1
5. A densidade é a massa dividida pelo volume. Se o volume V depende da temperatura, então,
também o é a densidade ρ. Mostre que a variação na densidade Δρ com a variação de temperatura
ΔT é dada por
Δρ = - γ.ρ. ΔT
onde γ é o coeficiente de dilatação volumétrica. Explique o sinal negativo.
6. Um bulbo de vidro cujo coeficiente de dilatação linear é 3.10 -6°C-1 está ligado a um capilar do
mesmo material. À temperatura de -10,0°C a área da secção do capilar é 3,0.10 -4cm2 e todo o
mercúrio, cujo coeficiente de dilatação volumétrico é 180.10 -6°C-1, ocupa o volume total do bulbo (e
nada do capilar), que a esta temperatura é 0,500cm 3. Qual o comprimento da coluna de mercúrio no
capilar a 90,0°C?
7. Qual é a quantidade de água que permanece na fase líquida, quando extraímos 12 kcal de calor de
260g de água (líquida), cuja temperatura inicial é de 0ºC?
(L(fusão) = 80 cal/g)
8. Calcule o calor específico de um metal a partir dos seguintes dados: um recipiente metálico de
3,6 kg contém 14 kg de água e ambos estão inicialmente a 16ºC; um bloco de 1,8 kg do mesmo
metal, inicialmente a uma temperatura de 180ºC é mergulhado na água. Quando o equilíbrio
térmico é atingido, o sistema encontra-se a uma temperatura de 18ºC.
(c(água) = 1,0 cal/g.ºC)
9. O calor específico de uma substância varia com a temperatura de acordo com a fórmula:
c = 0,20 + 0,14T + 0,023T², sendo T em ºC e c em cal/g.K. Calcule o calor necessário para
aumentar a temperatura de 2,0 g desta substância de 5 até 15ºC.
10. Quando um corpo quente aquece um corpo frio, suas temperaturas variam igualmente? Cite
exemplos. Podemos afirmar que a temperatura passou de um corpo para outro?
11. É possível fornecer calor a um corpo sem provocar aumento de temperatura? Em caso
afirmativo, isto contrariaria o conceito de calor como energia em transferências devido a diferenças
de temperaturas?
12. Você põe a mão dentro de um forno quente para tirar uma forma com
bolo e queima os dedos ao tocar na forma. Entretanto, o ar dentro do forno
possui a mesma temperatura da forma e mas não queima sua mão.
Explique.
13. Um gás dentro de uma câmara passa pelo processo mostrado no gráfico
p-V da figura ao lado. Calcule o calor total adicionado ao sistema durante
um ciclo completo.
14. A figura (a) ao lado mostra um cilindro contendo um gás e fechado por
um pistão móvel. O cilindro é submerso numa mistura de gelo e água. O pistão é rapidamente
empurrado da posição 1 para a posição 2 e mantido na posição 2 até que o gás fique novamente com
uma temperatura de 0ºC. Depois, é lentamente levantado para a posição 1. A figura (b) mostra o
diagrama p-V para este ciclo. Sabendo que ocorre a fusão de 100g de gelo durante o ciclo, calcule o
trabalho realizado pelo gás.
15. Uma máquina térmica absorve 52 kcal de calor e rejeita 36 kcal de calor a cada ciclo. Calcule:
a) o rendimento e; b) o trabalho realizado em kcal por ciclo.
16. O motor de um carro libera 8,2 kJ de trabalho por ciclo. a) Antes de regulado, o rendimento era
de 25%. Calcule o calor absorvido, por ciclo, da queima do combustível e o calor liberado para a
atmosfera. b) Depois de regulado, o rendimento passou para 31%. Quais os novos valores das
quantidades calculadas em (a)?
17. Um refrigerador realiza 150J de trabalho para retirar 560J de calor de sua câmara fria. a) Qual é
o coeficiente de performance do refrigerador? b) Quanto calor é injetado na cozinha, por ciclo?
18. Uma usina termoelétrica retira vapor de um boiler a 520ºC e o injeta em um condensador a
100ºC. Qual a máxima eficiência possível?
Respostas:
1. 100ºF = 310,95K; 2. a) 320ºF; b) 12,3ºF; 3. a) Demonstração; b) 42ºT; c) -16ºT; 4. 380ºC (653K);
5. Demonstração; 6. 28,48cm; 7. 110g; 8. 0,098cal/gºC; 9. 81,8 cal; 10. Não, a mudança de
temperatura depende do material que constitui cada corpo, além disso, temperatura é uma
propriedade física interna; o que os corpos trocam de maneira equivalente é a quantidade de calor;
11. Sim, um corpo pode receber calor e ter alterado seu estado físico, ou seja, a energia recebida
pelo corpo não servirá para modificar a velocidade de vibração molecular (temperatura) e sim para
quebrar/reduzir ligações intermoleculares, determinantes do estado físico; 12. A condução térmica
(transf. de calor) da forma é maior do que a do ar, que é melhor isolante, assim, ocorre a
queimadura por conta da velocidade de transferência de calor; 13. W = -30J; 14. 8000cal; 15. a)
30,8%; b) 16,0 J 16. a) Qq = 32,8kJ; Qf = 24,6kJ; b) Qq = 26,4 kJ; Qf = 18,2kJ; 17. a) 3,73; b)
710J; 18. 53%;