Termodinâmica (1)

Termodinâmica (1)
1) A que temperatura os seguintes pares de escalas fornecem a mesma leitura:
Fahrenheit e Celsius, Fahrenheit e Kelvin, Celsius e Kelvin.
2) Numa escala de temperatura Estranha, o ponto de congelação da água é −15 ºE e o
ponto de ebulição da mesma é de + 60 ºE. Escreva a equação de conversão linear
entre esta escala de temperatura e a escala Celsius.
3) A altura do mercúrio num termómetro de mercúrio é de h1 = 5 cm , quando este se
encontra à temperatura de T1 = 0 º C , e h2 = 7 cm , quando se encontra à
temperatura T2 = 100 º C .
a. Que temperatura mostra o termómetro quando h3 = 6 cm ?
b. Qual o valor de h quando o termómetro se encontra à temperatura de 37 ºC?
c. Se a altura da coluna de mercúrio só pode ser medida com uma precisão de 0.01
cm, pode este termómetro ser usado para distinguir entre o ponto triplo da água e
o ponto de fusão do gelo?
4) Uma bolha de ar de 20 cm3 de volume encontra-se no fundo de um lago a 40 m de
profundidade e à temperatura de 4 ºC. A bolha sobe à superfície que está à
temperatura de 20 ºC. Supondo que o ar na bolha se comporta como um gás ideal e
que a temperatura da bolha é igual à temperatura da água na sua vizinhança, calcule
o volume da bolha de ar imediatamente antes de atingir a superfície.
5) Uma bomba de ar é usada para encher um pneu de uma bicicleta à pressão de 220.7
kPa numa manhã fria em que a temperatura é de −10 ºC. Qual seria o valor da
pressão no pneu se a temperatura ambiente fosse de 35 ºC.
6) Uma sala de 80 m3 de volume contém ar com uma massa molar média de 29 g/mol e
à temperatura de 18 ºC. Se se aumentar a temperatura ambiente para 25º C, qual a
variação da quantidade de ar (em kg) na sala?
7) Um termómetro é constituído por um recipiente de vidro de forma esférica de
diâmetro D = 0.25 cm e por um tubo capilar, também de vidro, de diâmetro d =
0.004 cm. A uma dada temperatura o recipiente esférico encontra-se cheio de
mercúrio. Desprezando a expansão do vidro, determine a variação da altura da
coluna de mercúrio no capilar, ∆h, se a temperatura aumentar ∆T = 30 ºC.
8) Num balão de vidro são introduzidos por um pequeno orifício 100 g de mercúrio,
ficando o balão completamente cheio. O balão e o mercúrio encontram-se à
temperatura de 0 ºC. Aumentando a temperatura do conjunto para 20 ºC, verifica-se
que 0.3 g de mercúrio transbordam. Determine o coeficiente de expansão linear do
vidro.
9) O diâmetro interno de um anel de alumínio de massa m = 20 g, à temperatura Ti =
20 ºC, é de danel = 5 cm. Pretendemos enfiar este anel numa vara de diâmetro dvara =
5.05 cm. Até que temperatura devemos aquecer o anel para que isto seja possível?
10) Num calorímetro misturam-se 100 g de alumínio à temperatura de 100 ºC com 50 g
de água à temperatura de 20 ºC. Determine a temperatura final do conjunto.
11) Um termómetro de massa 0.055 kg e calor específico 0.2 cal g−1 K−1 encontra-se à
temperatura de 15 ºC. É colocado dentro de uma massa de água de 0.3 kg. Após
atingido o equilíbrio térmico, o termómetro indica a temperatura de 44.4 ºC. Qual
era a temperatura da água antes da imersão do termómetro?
12) Um recipiente de um dado metal de massa 3.6 kg contém 14 kg de água. A
temperatura do conjunto é de 16 ºC. Um bloco do mesmo metal é imerso na água,
sendo a sua massa de 1.8 kg e temperatura de 180 ºC. Depois de atingido o
equilíbrio térmico, e assumindo que não há trocas de calor com o exterior, a
temperatura do sistema recipiente + água + bloco é de 18 ºC. Determine o calor
específico do metal.
13) Que quantidade de gelo à temperatura de −5 ºC é necessária para arrefecer 200 g de
água de 32 ºC para 15 ºC? Suponha que a água se encontra num copo de vidro de
150 g e que não há trocas de calor com o exterior.
14) Em torno de uma cratera formada por um meteorito, 75 kg de rocha fundiram-se
devido ao impacto. A temperatura do solo antes do impacto era de 0º C. Sabendo
que o meteorito atingiu o solo com a velocidade de 600 m/s e que crocha = 0.8 kcal
kg−1 K−1, Tfusão = 500 ºC, λfusão = 48 kcal kg−1, determine a massa mínima do
meteorito. Assuma que, durante o impacto, não houve perdas de calor para a rocha
circundante que não fundiu, nem para a atmosfera.
15) Num recipiente isolado, 250 g de gelo à temperatura de 0 ºC são adicionados a 600
g de água a 18 ºC. Determine a temperatura final do sistema e a quantidade de gelo
que permanece no sistema quando este atinge o estado de equilíbrio.
densidade da água: ρágua = 1000 kg/m3
aceleração da gravidade: g = 9.8 m/s2
pressão atmosférica: patm = 1.013×105 Pa
constante universal dos gases: R = 8.314 J K−1 mol−1
coeficiente de expansão linear do alumínio: αal = 2.4×10−5 K−1
coeficiente de expansão volumétrica do mercúrio: βHg = 1.82×10−4 K−1
calor específico mássico da água: cag = 1 cal g−1 K−1 = 4186 J kg−1 K−1
calor específico mássico do gelo: cgelo = 0.5 cal g−1 K−1
calor específico mássico do vidro: cvidro = 0.2 cal g−1 K−1
calor específico mássico do alumínio: cal = 0.251 cal g−1 K−1
calor latente de fusão do gelo: λfusão = 80 cal g−1