Engenharia de Produção Plena
Lista de Exercícios de Física 2CAPÍTULO 18/19
Professora: Elzimar Luz
TERMOLOGIA
1. A que temperatura a leitura da escala Fahrenheit é igual a (a) da escala Celsius (b) da
escala Kelvin (c) metade daquela na escala Celsius?
2. Um estudante paulista resolve construir um termômetro e criar uma escala termométrica
arbitrária "SP" utilizando a data da fundação da cidade de São Paulo, 25 de janeiro de
1554. Adotou como ponto fixo do gelo o número 25 e como ponto fixo do vapor o número
54. Escreva a relação de conversão entre as escala "Celsius" e "SP".
3. Suponha que em uma escala linear de temperatura X, a água evapore a -53,5ºX e
congele a -170ºX. Quanto vale uma temperatura de 340K na escala X (aproxime o ponto
de ebulição da água como 373K)
4. O gráfico abaixo mostra como varia o comprimento de uma barra metálica em função da
temperatura. Determine: a) o coeficiente linear da barra, b) o comprimento da barra para
quando está a temperatura de 70ºC.
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5. Um furo circular em uma placa de alumínio tem um diâmetro de 2,725 cm a 0,000ºC.
Qual é o diâmetro do furo quando a temperatura da placa é aumentada para 100,0ºC?
=23.10-6 K-1
6. A variação da área de uma placa equivale a um milésimo de sua área inicial quando ela
sofre elevação de 30K. Determine nesse intervalo de temperatura os coeficientes de
dilatação linear e volumétrica do material de que é feita a placa.
7. A figura mostra um balanço AB suspenso por fios, presos ao teto. Os fios têm
coeficientes de dilatação linear αA = 1,5 x 10-5 K-1 e αB = 2,0 x 10-5 K-1 e comprimentos LA e
LB, respectivamente, na temperatura T0. Considere LB = 72 cm e determine o
comprimento LA, em cm, para que o balanço permaneça sempre na horizontal, em
qualquer temperatura.
8. Quando a temperatura de uma moeda de cobre é elevada de 100ºC o seu diâmetro
aumenta de 0,18%: Calcule com dois algarismos significativos: (a) O aumento percentual
da área de uma face. (b) O aumento percentual da espessura. (c) O aumento percentual
do volume.
9. A área S de uma placa retangular é ab. Após um aumento de temperatura muito
pequeno ΔT, o lado a aumenta de Δa e o lado b aumenta de Δb. Mostre que se a
pequena quantidade ΔaΔb/ab for desprezada, então ΔS = S(2α)ΔT, sendo α o
coeficiente de dilatação linear de cada lado.
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10.Como resultado de uma elevação de temperatura de 32ºC, uma barra com uma fissura
no seu centro empena para cima. Se a distância fixa L0 for 3,77m e o coeficiente de
expansão linear da barra for 25,00 x 10 -6 ºC-1. Determine a elevação X do centro da
barra.
11. Consideremos um termômetro de mercúrio em vidro. Suponhamos que a seção
transversal do capilar seja constante, de área A0, e que V0 seja o volume do bulbo do
termômetro a 0ºC. Se o mercúrio for exatamente o suficiente para encher o bulbo a 0ºC,
mostre que o comprimento L da coluna de mercúrio no capilar, depois de uma variação
de temperatura ΔT é (
(Considere o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio e o coeficiente de
dilatação linear do vidro α.)
12. Calcule a quantidade de calor necessária para aquecer 300g de gelo inicialmente a
-15oC até vaporizar totalmente. Faça a curva de aquecimento (temperatura X quantidade
de calor) e anote todos os dados no gráfico. Considere: L fusão = 80 cal/g ; Lvaporização =
540cal/s; cgelo = 0,5 cal/gºC; cagua = 1,0 cal/gºC.
13.A temperatura de 100g de um líquido cujo calor específico é de 0,5 cal /gºC sobe de -10
ºC para 30ºC. Em quantos minutos será realizado esse aquecimento com uma fonte que
fornece 50 calorias por minuto?
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14.Um pequeno aquecedor elétrico de imersão (mergulhão) é usado para aquecer 100g de
água para uma xícara de café instantâneo. O aquecedor está rotulado com 200Watts, o
que significa que é a taxa de conversão de energia elétrica em energia térmica
(1W = 1J/s). Calcule o tempo necessário para levar toda essa água de 23ºC para 100ºC,
ignorando qualquer perda energia do sistema.
15.Uma substância de massa 200g é aquecida por uma fonte de potência constante de
200cal/min conforme o gráfico abaixo. Determine a capacidade térmica e o calor
específico da substância.
16.Que massa de vapor d’água a 100ºC deve ser misturada com 150g de gelo no ponto de
fusão para que se obtenha, num recipiente isolado termicamente, água líquida a 50ºC?
Dados: Lfusão=80cal/g, Lvaporização= 540cal/g, cágua= 1,0cal/gºC, cgelo=0,5cal/gºC.
17.Uma garrafa térmica isolada contém 130cm³ de café quente, a uma temperatura de
80ºC. Você resolve inserir um cubo de gelo de 12g no ponto de fusão para esfriar o café.
De quantos graus o café esfriou quando todo o gelo derreteu? (Considere o café como
sendo água pura). : Lfusão=80cal/g, cágua= 1,0cal/gºC =1g/cm³
18.Uma caixa de isopor usada para manter bebidas frias na praia possui área total
(incluindo a tampa) igual a 0,80m² e a espessura da parede é igual a 2,0 cm. Ela está
cheia de água, gelo e latas de refrigerantes a 0ºC. a) Qual é a taxa de fluxo de calor para
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o interior da caixa se a temperatura da parede externa da caixa é de 50ºC? b) Qual será
a quantidade de gelo que se liquefaz durante 6h? Kisopor=0,01w/mk
19. Sabendo que a área total do corpo humano é aproximadamente igual a 1,20 m 2 e que a
temperatura de sua superfície é de aproximadamente 30 ºC, calcule a taxa total de
transferência de calor do corpo por radiação. Se o meio ambiente está a uma
temperatura de 20ºC, qual é a taxa resultante do calor perdido pelo corpo por radiação?
Explique fisicamente o sinal da taxa resultante encontrada. (A emissividade do corpo é
próxima da unidade, independentemente da cor da pele. σ = 5,67 x 10-8 W/m2K4)
20.Uma barra de aço de 10 cm de comprimento é soldada pela extremidade com uma barra
de cobre de 20cm de comprimento. As duas barras são perfeitamente isoladas em suas
laterais. A seção reta das duas barras é um quadrado de lado igual a 2cm. A
extremidade livre da barra de aço é mantida a 100ºC colocando-a em contato com vapor
d’água obtido por ebulição, e a extremidade livre da barra de cobre está em contato com
gelo a 0ºC. Calcule a temperatura na junção entre as duas barras e a taxa total de
transferência de energia. (Dados: Kaço= 50,2 W/mK e Kcobre= 385,0 W/mK)
21.Se, no exercício anterior separarmos as duas barras e a extremidade de cada barra
submetida a uma diferença de temperatura de 100ºC. Qual seria a taxa total de
transferência de calor nas duas barras?
22.Duas hastes metálicas retangulares idênticas são soldadas extremidade com
extremidade, como mostrado na figura (a) e 10J são conduzidos (em regime
estacionário) através das hastes sob a forma de calor em 2 min. Quanto tempo levaria
para que 10J fossem conduzidos através das hastes se elas fossem soldadas uma na
outra como mostrado na figura (b)?
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23.Um tanque de água ficou destampado em tempo frio, e uma placa de gelo de 5cm de
espessura se formou na sua superfície. O ar acima do gelo está -10ºC. Calcule a taxa de
formação de gelo (em centímetros por hora) na placa de gelo. Adote a condutividade
térmica e massa específica do gelo, respectivamente, 0,0040cal/s.cm³ e ρ=0,92g/cm³.
Suponha que não haja transferência de energia através das paredes ou pelo fundo do
tanque.
24.Considere que 200J de trabalho é realizado sobre um sistema e 70,0cal de calor são
extraídos dos dele. Do ponto de vista da primeira lei da Termodinâmica qual a variação
da energia interna?
25.Uma amostra de gás se expande de 1m³ para 4m³ enquanto a sua pressão diminui de 40
Pa para 10Pa. Quanto trabalho é realizado pelo gás se a sua pressão varia com o
volume passando por cada uma das três trajetórias mostradas no diagrama PXV da
figura abaixo?
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26.Um gás em uma câmara passa pelo ciclo
mostrado na figura. Determine a energia transferida
pelo sistema como calor durante o processo CA se:
a energia adicionada como calor durante o processo
AB é de 20J, nenhuma energia for transferida
como calor durante o processo BC e o trabalho líquido
realizado durante o ciclo for 15J.
27.Um gás dentro de uma câmara passa por um processo mostrado no diagrama PXV da
figura ao lado. Calcule o calor total adicionado ao sistema durante o ciclo completo.
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28.Um cilindro tem um pistão metálico de 2,0kg bem ajustado cuja área de seção reta é 2,0
cm². O cilindro contém água e vapor a temperatura constante. Observa-se que o pistão
cai lentamente com velocidade de 0,30cm/s porque o calor flui fora do cilindro através de
suas paredes. Quando isto ocorre parte do vapor condensa-se nas paredes da câmara.
A massa específica (densidade) dentro da câmara é de 6,0 x 10 -4 g/cm³ e a pressão
atmosférica é 1,0 atm.
a) Calcule a taxa de condensação do vapor.
b) A que taxa o vapor esta saindo da câmara?
c) Qual a taxa de variação da energia interna do vapor e da água dentro da câmara?
29.Uma seringa de injeção com o êmbolo na marca de 20cm³, a temperatura ambiente de
27ºC e pressão de 1atm, é colocada num freezer a -13ºC. Verifica-se que, ao atingir o
equilíbrio térmico, o embolo da seringa marca 18cm³, determine qual é, nessas
condições, a pressão do ar aprisionado na seringa.
30.Um recipiente de 2,0L contém um gás perfeito a temperatura de 27ºC e pressão de
50Pa. Determine:
A) O número de mols contidos nesse recipiente.
B) O número de moléculas desse gás aprisionadas no recipiente.
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31.Um tanque contém 2,5mols de hélio a 17ºC. Admitindo que nessas condições o hélio se
comporte como um gás ideal, determine:
A) A Einterna total do sistema
B) A energia cinética média, K, de cada átomo.
32.Um cilindro com 5,4 mols de hélio a 300K é aquecido até sua temperatura atingir 500K.
A) Determine a quantidade de calor absorvido pelo hélio quando: a pressão é
mantida constante, e, quando o volume é mantido constante.
B) Determine a variação da energia interna do sistema.
C) O trabalho realizado a pressão constante.
D) O trabalho realizado a volume constante.
33.Um mol de oxigênio se expande isotermicamente a 310K, de um volume inicial Vi = 12L
para Vf = 19L.
A) Qual o trabalho realizado pelo gás ao se expandir?
B) Qual o trabalho realizado pelo gás durante uma compressão isotérmica de Vi =19L
para Vf = 12L?
34.Seja um frasco aberto contendo um gás a 27ºC. A que temperatura devemos aquecê-lo
para que saia 1/3 do número de moléculas desse gás de dentro do frasco.
35.Uma concentração de 0,4% de CO2 no ar (volume) produz a morte de um indivíduo em
um tempo muito curto. O motor desajustado de um carro pode produzir 0,67 mols de CO2
por minuto. Se o carro ficar ligado numa garagem fechada, com volume de 41000L a
27ºC, em quanto tempo a concentração de CO2 atingirá ao valor mortal? Suponha que
P=1atm seja constante e que a concentração inicial de CO2 seja nula.
36.Uma quantidade de oxigênio ocupando um volume de 1000cm3 a 40ºC e uma pressão
de 1,01.105 Pa se expande até um volume de 1500cm³ e pressão 1,06.105Pa.
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a. Encontre o número de moles de oxigênio no sistema.
b. Encontre a temperatura final do sistema.
37.Mostre que a variação de pressão na atmosfera terrestre, suposta isotérmica, é dada
por: . Considerando que um fluido em repouso na atmosfera, obedece a
equação diferencial: dp= - . Use a equação dos gases ideais , onde m é a
massa do elemento e M é a massa molar.
38.Um mol de um gás ideal sofre uma expansão isotérmica. Determine a energia adicionada
ao gás sob a forma de calor em termos dos volumes inicial e final e da temperatura.
39.Um mol de um gás ideal monoatômico percorre o ciclo 123 da figura. O processo 1→ 2 é
isocórico, o processo 2→ 3 é adiabático e o processo 3→1 é isobárico.
A) Calcule o calor trocado Q, a variação de energia interna e o trabalho realizado
W para cada um dos três processos e para o ciclo como um todo.
B) Sendo a pressão no ponto 1 igual a 1,0 atm, determine a pressão e o volume nos
pontos 2 e 3. Use 1,0 atm= 1,013.105 Pa e R = 8,314 J/moLK.
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T1=300KT2=600KT3=455K