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Engenharia Naval e Oceânica ·
Física
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15. A uma temperatura Tm, a aresta de um cubo é igual a \\rho. A densidade do cubo é \\rho e o material de que é feito possui coeficiente de dilatação volumétrica \\beta. Mostre que, quando uma temperatura cresce de Tm, \\rho, a densidade do cubo passa a ser dada por \\rho = \\rho_0(1 - \\beta T) 16. Um trabalhador pintando o topo de uma antena a uma altura de 225 m deixa cair acidentalmente uma malha de 1,6 L de água de sua mochila. A garrafa se arremessou por arbustos e o solo sem se quebrar. Supondo que a água absorveu uma quantidade de calor igual ao da variada da energia potencial, qual é o aumento da temperatura da água? 17. Para se manter acordado em seus estudos durante a noite inteira, um estudante prepara uma xícara de café. Inicialmente, ao ligar um aquecedor elétrico de 200 W em 0,32 kg de água a 30 °C, qual será a temperatura a ficar ao atingir 20 °C? Quanto será necessário? 18. Você, um cientista, resolve calcular e uma amostra sólida de 500 g à taxa de 10 K/h, por 500 g de tempo. Com esses dados, você faz um gráfico de fusão desse sólido? (a) Quais são os calores específicos do estado líquido e sólido do material? 7 °C. 19. Um pedaço de cobre de 2,0 x 10^2 g a uma temperatura de 450 K e um pedaço de alumínio de 1,0 x 10^2 g a uma temperatura de 200 K são colocados em um balde isolado contendo 5,0 x 10^2 g de água a 280 K. Qual é a temperatura de equilíbrio da mistura? 20. Um projétil de chumbo é disparado com velocidade de 250 m/s em uma parede de madeira. Supondo que 75% da energia cinética seja absorvido pelo projétil como calor, assumindo que a temperatura ambiente é de 20 °C, qual a temperatura final do projétil? 21. Um pedaço de alumínio de 25 g a 88 °C é jogado em 1. de água a 10 °C, que está em um isolado. Supondo que a perda de calor para o ambiente seja desprezível, determine a temperatura de equilíbrio do sistema. 22. Suponha que 400 g de água a 30 °C sejam despejados sobre um cubo de gelo de 60 g com temperatura de 0 °C e que este não derreter, qual será a temperatura final da água? Se não tudo derreter, quanto tempo permanecerá quando a mistura gelará até o equilíbrio? 23. Calcule o calor específico do metal a partir dos dados do sistema. Um recipiente contendo metal em uma massa 3,6 kg e temperatura inicial de 14 kg a 0 °C. A energia de mergulho é 23 °C e a temperatura final é 18 °C. 24. Um calor específico medido a 50 cal/cm corresponde a um misture de 100 g de água a 100 °C. Determinando a perda de calor e a quantidade de energia trocada, se a temperatura do calorimetria contêm água a 19,7 °C. O calor latente de fusão é 80 cal. Qual é a potência (e) do derretor? 25. Que quantidade de calor deve ser removida quando 100 g de vapor a 150 °C são resfriados e transformando-se em 100 g de gelo a 0 °C? (Considere que o calor específico do vapor é igual a 2,01 KJ/kg.K) 26. Um pedaço de 50 g de alumínio a 29 °C e resfriado a -196 °C, pela imersão num grande banho de nitrogênio líquido a mesma temperatura. Qual a quantidade de nitrogênio evaporada? (Considere que o calor específico do alumínio é constante e igual a 0,90 J/kg.K.) 27. Um projétil de 30 g de chumbo, inicialmente a 20 °C, atinge o repouso em um bloco de um pêndulo inelástico. A quantidade de metade da energia térmica dentro do projétil. Se a velocidade do projétil era de 420 m/s, qual a temperatura do projétil imediatamente após atingir o repouso no bloco? 28. Um tomante de 400 J é realizado sobre um sistema, uma quantidade de calor de 70,0 cal é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) da W, (b) de Q e (c) de AE???? 29. Uma amostra de 200 g de chumbo é aquecida a 90 °C e depositada em um calorímetro contendo 500 g de água, inicialmente a 20 °C. Desprezando a capacidade calorífica do recipiente, o calorímetro, e a temperatura final do chumbo de água. 30. Numa corrida realizada na França, em 2002, o ciclista campeão, Alex Moscato, gastou uma potência média de cerca de 400 W, 5 horas por dia durante 20 dias. Que quantidade de água, inicialmente a 24 °C, deverá ser levada em um reservatório, junto ao corpo do ciclista, para suprir uma energia eletrônica?. 31. Uma corrente de ar à temperatura ambiente de 20 °C, um bloco de gelo de 10 g, o calor específico do gelo sendo 2,09 KJ/kg.K; e um calor específico do calor de fusão é 80 K e necessário para o calor metro, considerando que a temperatura do tambor não deve ultrapassar 20 °C? 32. Uma amostra de 200 g de chumbo aquecida a 90°C é colocada em um calorímetro. O calorímetro contém 500 g de água a 20 °C. Calcule a temperatura final do cubo de gelo, que a temperatura do sistema é em forma de calor durante um ciclo completo. 33. O álcool etílico tem um ponto de ebulição de 78 °C, uma variação da pressão de 1.4 °C, um calor de fusão de 109 KJ/Kg e um calor específico de 2,43 KJ/K. Quanta energia deve ser removida, 0,510 kg de álcool etílico que está inicialmente na forma de gás a 78°C para que ele se torne um sólido a -114 °C? 34. O calor específico de um fluido pode ser medido com o auxílio de um calorímetro de fluxo (fig. 1). O fluido atravessa o calorímetro num escaneamento estacionário, com vazio de massa Vm (massa por unidade de tempo) constante. Penetrando à temperatura T1, o fluido passa por um aquecedor elétrico a potência P constante e emerge como temperatura Tm, em regime estacionário. Numa experiência com benzeno, temos Vm = 5 g/s, p = 860 P, T1 = 15 °C e Tm = 38,3 °C. Determine o calor específico do benzeno. 35. (a) Determine o trabalho realizado sobre um fluido que se expande de a para f, conforme a figura (b). Quanto trabalho é realizado sobre o fluido se ele comprimido de f para a ao longo da mesma trajetória. 36. Um sistema termodinâmico é submetido a um processo no qual sua energia interna diminui 500 J. Ao mesmo tempo, 220 J de trabalho são realizados sobre o sistema. Encontre a energia transferida para o sistema ou pelo sistema por meio do calor. 37. Um gás realiza o processo cíclico descrito na figura. (a) Encontre a energia resultante transferida para o sistema em forma de calor durante um ciclo completo. (b) Se o ciclo for reversível – isto é, se o processo seguir a trajetória ACB – qual será a entrada resultante por ciclo pelo calor? 38. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado no diagrama P-V da Fig. A, escala do eixo horizontal é definida por V = 40 m3. Calcule a energia líquida adicionada ao sistema em forma de calor durante um ciclo completo. 39. Um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema, a uma quantidade de calor de 70,0 cal é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) da W, (b) de Q e (c) de AE? 1. Suponha que você aqueça 1 L de água no fogo por um certo tempo, e que sua temperatura se eleve de 2 °C. Se você colocar 2 L de água no mesmo fogo pelo mesmo tempo, em quanto sua temperatura se elevar? 2. Por que é recomendado que se torça as linhas telefônicas ao se esticar, para não serem potes danificados? 3. Uma maneira comum de abrir um tampa apertada, é de um vidro e coloca-lo sob água fervente. Assim funciona para uma tampa que metan em si mesmo o mesmo material? 4. Por que se pode colocar a mão brevemente em um forno sem se queimar, mas se queimar se tocar de 5. Explique o problema de difícil soldar alumínio como copo recuperadores dos outros, será falido. 6. Que equipamento fazendo mídia diária preferência a uma gama definida, onde termômetros, fômenos, a parte interna de um freezer. Após algum tempo verificou-se que os valores líquidos nos dois termômetros eram distintos. Qual a temperatura média, em graus Celsius? 7. Você consegue manter seus dedos do lado da chama, mas não pode mantê-los acima da chama. Por quê? 8. Um anel de cobre de 20 g a 0 °C tem diâmetro interno D = 2,54000 cm. Uma esfera de alumínio a 100 °C é colocada acima do anel de 2,54808 cm. A esfera e colocada acima do anel que os dois afinem ao equilíbrio térmico, sem perdas de calor para o ambiente. A esfera irá se aquecer até na temperatura de equilíbrio. Qual é a massa da esfera? Sabendo que c = 17 °C-1, \" 0 = 0,215 g/ml 9. Um termômetro de mercúrio contém 8,0 ml de mercúrio. Se o tubo possui um volume de 1,0 mm2, qual deveria ser o expansion das marcas de °C. 10. Um recipiente de 14 galões está cheio de gasolina. Desprezando a mudança de volume do recipiente e encontre quantos galões se perdem se a temperatura aumenta de 27 °F, o coeficiente de expansão volumétrica da gasolina é 𝛾 = 0,9 x 10^–6 K–1. 40. Na Fig, uma amostra de gás se expande de V5 para 4,0 V, enquanto a pressão diminui para p1 para p4.0. Se V5 = 1,0 m³ e p1 = 40 kPa, qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com o volume de acordo com a trajetória A, B e com a trajetória em B e C? 41. Um sistema termodinâmico passa do estado A para o estado B. Do estado B para o estado C de volta para o estado A, como mostra o diagrama P - V da Fig. 19a. A estaço da excalo vertical é definida por P = 40 kPa, a escala do eixo horizontal é definida por V = 4,0 m³. (a) Complete a tabela da Fig. 19b introduzindo um sinal positivo, um sinal negativo ou um zero nas células indicadas. (h) Qual o trabalho realizado pelo sistema em um ciclo ABC? 42. A Fig. mostra um ciclo fechado de um gás (a figura não foi desenhada em escala). A variação da energia interna do gás ao passar de a para c ao longo da trajetória abc é -200 J. Quando o gás passa de c para d recebe 180 J na forma de calor. Mais 80 J são recebidos quando o gás passa de d para a. Qual é o trabalho realizado sobre o gás quando ele passa de c para d? 43. Nos problemas 43 até 46, o estado inicial 1 de 1 mol de gás ideal é P1 = 3 atm, V1 = 1 L e Eint1 = 456 J, e seu estado final P2 = 2 atm, V2 = 3 L e Eint2 = 912 J. 48. Uma amostra de gás passa pelo ciclo abaixo mostrado no diagrama P - V da Fig. O trabalho líquido realizado é +1,2 J. Ao longo da trajetória ab a variação da energia interna é +3,0 J, e o valor absoluto do trabalho realizado é 5,0 J. Ao longo da trajetória ca a energia transferida para o gás na forma de calor é +2,5 J. Qual é a energia transferida na forma de calor ao longo (a) da trajetória ab e (b) da trajetória bc? 49. Quando um sistema passa do estado i para o estado ii seguindo a trajetória id da Fig. Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória id, dQ = 16 cal. (a) Quanto vale W ao longo da trajetória id? (b) Se W = 13 cal na trajetória de retorno, quanto vale W nesta trajetória? (c) Se Eint = 10 cal, qual é o valor de Eint? (d) Qual é o valor de e Q(d) na trajetória e (e) na trajetória bf? 50. Um gás em uma câmara passa pelo ciclo mostrado na fig. Determine a energia transferida pelo sistema na forma de calor durante o processo C4 e se a energia adicionada como calor Q pelo sistema é 20,0 J, nenhuma energia é transferida como calor durante o processo BC e o trabalho líquido realizado durante o ciclo é 15,0 J.
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15. A uma temperatura Tm, a aresta de um cubo é igual a \\rho. A densidade do cubo é \\rho e o material de que é feito possui coeficiente de dilatação volumétrica \\beta. Mostre que, quando uma temperatura cresce de Tm, \\rho, a densidade do cubo passa a ser dada por \\rho = \\rho_0(1 - \\beta T) 16. Um trabalhador pintando o topo de uma antena a uma altura de 225 m deixa cair acidentalmente uma malha de 1,6 L de água de sua mochila. A garrafa se arremessou por arbustos e o solo sem se quebrar. Supondo que a água absorveu uma quantidade de calor igual ao da variada da energia potencial, qual é o aumento da temperatura da água? 17. Para se manter acordado em seus estudos durante a noite inteira, um estudante prepara uma xícara de café. Inicialmente, ao ligar um aquecedor elétrico de 200 W em 0,32 kg de água a 30 °C, qual será a temperatura a ficar ao atingir 20 °C? Quanto será necessário? 18. Você, um cientista, resolve calcular e uma amostra sólida de 500 g à taxa de 10 K/h, por 500 g de tempo. Com esses dados, você faz um gráfico de fusão desse sólido? (a) Quais são os calores específicos do estado líquido e sólido do material? 7 °C. 19. Um pedaço de cobre de 2,0 x 10^2 g a uma temperatura de 450 K e um pedaço de alumínio de 1,0 x 10^2 g a uma temperatura de 200 K são colocados em um balde isolado contendo 5,0 x 10^2 g de água a 280 K. Qual é a temperatura de equilíbrio da mistura? 20. Um projétil de chumbo é disparado com velocidade de 250 m/s em uma parede de madeira. Supondo que 75% da energia cinética seja absorvido pelo projétil como calor, assumindo que a temperatura ambiente é de 20 °C, qual a temperatura final do projétil? 21. Um pedaço de alumínio de 25 g a 88 °C é jogado em 1. de água a 10 °C, que está em um isolado. Supondo que a perda de calor para o ambiente seja desprezível, determine a temperatura de equilíbrio do sistema. 22. Suponha que 400 g de água a 30 °C sejam despejados sobre um cubo de gelo de 60 g com temperatura de 0 °C e que este não derreter, qual será a temperatura final da água? Se não tudo derreter, quanto tempo permanecerá quando a mistura gelará até o equilíbrio? 23. Calcule o calor específico do metal a partir dos dados do sistema. Um recipiente contendo metal em uma massa 3,6 kg e temperatura inicial de 14 kg a 0 °C. A energia de mergulho é 23 °C e a temperatura final é 18 °C. 24. Um calor específico medido a 50 cal/cm corresponde a um misture de 100 g de água a 100 °C. Determinando a perda de calor e a quantidade de energia trocada, se a temperatura do calorimetria contêm água a 19,7 °C. O calor latente de fusão é 80 cal. Qual é a potência (e) do derretor? 25. Que quantidade de calor deve ser removida quando 100 g de vapor a 150 °C são resfriados e transformando-se em 100 g de gelo a 0 °C? (Considere que o calor específico do vapor é igual a 2,01 KJ/kg.K) 26. Um pedaço de 50 g de alumínio a 29 °C e resfriado a -196 °C, pela imersão num grande banho de nitrogênio líquido a mesma temperatura. Qual a quantidade de nitrogênio evaporada? (Considere que o calor específico do alumínio é constante e igual a 0,90 J/kg.K.) 27. Um projétil de 30 g de chumbo, inicialmente a 20 °C, atinge o repouso em um bloco de um pêndulo inelástico. A quantidade de metade da energia térmica dentro do projétil. Se a velocidade do projétil era de 420 m/s, qual a temperatura do projétil imediatamente após atingir o repouso no bloco? 28. Um tomante de 400 J é realizado sobre um sistema, uma quantidade de calor de 70,0 cal é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) da W, (b) de Q e (c) de AE???? 29. Uma amostra de 200 g de chumbo é aquecida a 90 °C e depositada em um calorímetro contendo 500 g de água, inicialmente a 20 °C. Desprezando a capacidade calorífica do recipiente, o calorímetro, e a temperatura final do chumbo de água. 30. Numa corrida realizada na França, em 2002, o ciclista campeão, Alex Moscato, gastou uma potência média de cerca de 400 W, 5 horas por dia durante 20 dias. Que quantidade de água, inicialmente a 24 °C, deverá ser levada em um reservatório, junto ao corpo do ciclista, para suprir uma energia eletrônica?. 31. Uma corrente de ar à temperatura ambiente de 20 °C, um bloco de gelo de 10 g, o calor específico do gelo sendo 2,09 KJ/kg.K; e um calor específico do calor de fusão é 80 K e necessário para o calor metro, considerando que a temperatura do tambor não deve ultrapassar 20 °C? 32. Uma amostra de 200 g de chumbo aquecida a 90°C é colocada em um calorímetro. O calorímetro contém 500 g de água a 20 °C. Calcule a temperatura final do cubo de gelo, que a temperatura do sistema é em forma de calor durante um ciclo completo. 33. O álcool etílico tem um ponto de ebulição de 78 °C, uma variação da pressão de 1.4 °C, um calor de fusão de 109 KJ/Kg e um calor específico de 2,43 KJ/K. Quanta energia deve ser removida, 0,510 kg de álcool etílico que está inicialmente na forma de gás a 78°C para que ele se torne um sólido a -114 °C? 34. O calor específico de um fluido pode ser medido com o auxílio de um calorímetro de fluxo (fig. 1). O fluido atravessa o calorímetro num escaneamento estacionário, com vazio de massa Vm (massa por unidade de tempo) constante. Penetrando à temperatura T1, o fluido passa por um aquecedor elétrico a potência P constante e emerge como temperatura Tm, em regime estacionário. Numa experiência com benzeno, temos Vm = 5 g/s, p = 860 P, T1 = 15 °C e Tm = 38,3 °C. Determine o calor específico do benzeno. 35. (a) Determine o trabalho realizado sobre um fluido que se expande de a para f, conforme a figura (b). Quanto trabalho é realizado sobre o fluido se ele comprimido de f para a ao longo da mesma trajetória. 36. Um sistema termodinâmico é submetido a um processo no qual sua energia interna diminui 500 J. Ao mesmo tempo, 220 J de trabalho são realizados sobre o sistema. Encontre a energia transferida para o sistema ou pelo sistema por meio do calor. 37. Um gás realiza o processo cíclico descrito na figura. (a) Encontre a energia resultante transferida para o sistema em forma de calor durante um ciclo completo. (b) Se o ciclo for reversível – isto é, se o processo seguir a trajetória ACB – qual será a entrada resultante por ciclo pelo calor? 38. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado no diagrama P-V da Fig. A, escala do eixo horizontal é definida por V = 40 m3. Calcule a energia líquida adicionada ao sistema em forma de calor durante um ciclo completo. 39. Um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema, a uma quantidade de calor de 70,0 cal é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) da W, (b) de Q e (c) de AE? 1. Suponha que você aqueça 1 L de água no fogo por um certo tempo, e que sua temperatura se eleve de 2 °C. Se você colocar 2 L de água no mesmo fogo pelo mesmo tempo, em quanto sua temperatura se elevar? 2. Por que é recomendado que se torça as linhas telefônicas ao se esticar, para não serem potes danificados? 3. Uma maneira comum de abrir um tampa apertada, é de um vidro e coloca-lo sob água fervente. Assim funciona para uma tampa que metan em si mesmo o mesmo material? 4. Por que se pode colocar a mão brevemente em um forno sem se queimar, mas se queimar se tocar de 5. Explique o problema de difícil soldar alumínio como copo recuperadores dos outros, será falido. 6. Que equipamento fazendo mídia diária preferência a uma gama definida, onde termômetros, fômenos, a parte interna de um freezer. Após algum tempo verificou-se que os valores líquidos nos dois termômetros eram distintos. Qual a temperatura média, em graus Celsius? 7. Você consegue manter seus dedos do lado da chama, mas não pode mantê-los acima da chama. Por quê? 8. Um anel de cobre de 20 g a 0 °C tem diâmetro interno D = 2,54000 cm. Uma esfera de alumínio a 100 °C é colocada acima do anel de 2,54808 cm. A esfera e colocada acima do anel que os dois afinem ao equilíbrio térmico, sem perdas de calor para o ambiente. A esfera irá se aquecer até na temperatura de equilíbrio. Qual é a massa da esfera? Sabendo que c = 17 °C-1, \" 0 = 0,215 g/ml 9. Um termômetro de mercúrio contém 8,0 ml de mercúrio. Se o tubo possui um volume de 1,0 mm2, qual deveria ser o expansion das marcas de °C. 10. Um recipiente de 14 galões está cheio de gasolina. Desprezando a mudança de volume do recipiente e encontre quantos galões se perdem se a temperatura aumenta de 27 °F, o coeficiente de expansão volumétrica da gasolina é 𝛾 = 0,9 x 10^–6 K–1. 40. Na Fig, uma amostra de gás se expande de V5 para 4,0 V, enquanto a pressão diminui para p1 para p4.0. Se V5 = 1,0 m³ e p1 = 40 kPa, qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com o volume de acordo com a trajetória A, B e com a trajetória em B e C? 41. Um sistema termodinâmico passa do estado A para o estado B. Do estado B para o estado C de volta para o estado A, como mostra o diagrama P - V da Fig. 19a. A estaço da excalo vertical é definida por P = 40 kPa, a escala do eixo horizontal é definida por V = 4,0 m³. (a) Complete a tabela da Fig. 19b introduzindo um sinal positivo, um sinal negativo ou um zero nas células indicadas. (h) Qual o trabalho realizado pelo sistema em um ciclo ABC? 42. A Fig. mostra um ciclo fechado de um gás (a figura não foi desenhada em escala). A variação da energia interna do gás ao passar de a para c ao longo da trajetória abc é -200 J. Quando o gás passa de c para d recebe 180 J na forma de calor. Mais 80 J são recebidos quando o gás passa de d para a. Qual é o trabalho realizado sobre o gás quando ele passa de c para d? 43. Nos problemas 43 até 46, o estado inicial 1 de 1 mol de gás ideal é P1 = 3 atm, V1 = 1 L e Eint1 = 456 J, e seu estado final P2 = 2 atm, V2 = 3 L e Eint2 = 912 J. 48. Uma amostra de gás passa pelo ciclo abaixo mostrado no diagrama P - V da Fig. O trabalho líquido realizado é +1,2 J. Ao longo da trajetória ab a variação da energia interna é +3,0 J, e o valor absoluto do trabalho realizado é 5,0 J. Ao longo da trajetória ca a energia transferida para o gás na forma de calor é +2,5 J. Qual é a energia transferida na forma de calor ao longo (a) da trajetória ab e (b) da trajetória bc? 49. Quando um sistema passa do estado i para o estado ii seguindo a trajetória id da Fig. Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória id, dQ = 16 cal. (a) Quanto vale W ao longo da trajetória id? (b) Se W = 13 cal na trajetória de retorno, quanto vale W nesta trajetória? (c) Se Eint = 10 cal, qual é o valor de Eint? (d) Qual é o valor de e Q(d) na trajetória e (e) na trajetória bf? 50. Um gás em uma câmara passa pelo ciclo mostrado na fig. Determine a energia transferida pelo sistema na forma de calor durante o processo C4 e se a energia adicionada como calor Q pelo sistema é 20,0 J, nenhuma energia é transferida como calor durante o processo BC e o trabalho líquido realizado durante o ciclo é 15,0 J.