Lista - Temperatura e Calor - 2023-2

1) A que temperatura os seguintes pares de escala possuem a mesma leitura, se isto acontecer: a) Fahrenheit e Celsius. b) Fahrenheit e Kelvin. c) Celsius e Kelvin. 2) Suponha que em uma escala linear de temperatura X , a água ferva a -53,5 oX e se congele a -170 oX. Qual a temperatura de 340K na escala X ? 3) Em suas férias na Itália, você escuta na TV em uma manhã de verão que a temperatura irá subir dos atuais 18 ºC para 39 ºC. Determine este aumento correspondente na escala Fahrenheit. 4) Dois copos cheios de água, A e B, estão inicialmente à mesma temperatura. A temperatura da água no copo A aumentou em 10 °F, e a temperatura da água no copo B diminuiu em 10 K. Após essas variações de temperatura, qual dos copos de água apresenta a temperatura mais alta. Justifique sua resposta. 5) Você coloca uma garrafa de refrigerante na geladeira e a deixa lá até que a temperatura tenha baixado 10 K. Qual é a variação de temperatura a) em graus Fahrenheit b) em graus Celsius? 6) (a) Em 22 de janeiro de 1943, a temperatura em Spearfish, South Dakota, subiu de -4 °F para 45 °F em apenas 2 minutos. Qual foi a variação de temperatura em graus Celsius? (b) A temperatura em Browning, Montana, era 44 °F em 23 de janeiro de 1916. No dia seguinte, a temperatura caiu para -56 °C. Qual foi a variação de temperatura em graus Celsius? 7) a) Você se sente doente e verifica que sua temperatura é igual a 104,4 °F. Qual é sua temperatura em °C ? Você deve ficar preocupado? b) A página sobre o tempo de um jornal afirma que a temperatura durante a parte da manhã deve ficar em torno de 12 °C. Qual é esta temperatura em graus Fahrenheit? 8) O edifício mais alto do mundo,segundo certos padrões arquitetônicos, é o Taipei 101, em Taiwan, com 509,32 m de altura. Suponha que esta altura tenha sido medida em um dia fresco de primavera, quando a temperatura era de 15,5°C. Você pode usar o edifício como uma espécie de termômetro gigante em um dia quente de verão medindo cuidadosamente a sua altura. Suponha que você faça isso e descubra que o Taipei 101 está 0,144 m maisalto do que a sua altura oficial. Qual é a temperatura, supondo que o edifício esteja em equilíbrio térmico com o ambiente e que toda a sua estrutura seja feita de aço? (Seja o coeficiente de dilatação do aço igual a 1,2 x 10-5 °C-1). 9) A ponte Humber, na Inglaterra, cujo comprimento é de 1410 m, é uma das pontes de maior vão no mundo. Calcule a variação do comprimento da base de aço do vão quando a temperatura aumenta de -5 °C para 18 °C. R: 0,39 m 10) Garantia de uma junta firme. Os rebites de alumínio usados na construção de aviões são feitos com um diâmetro ligeiramente maior do que o diâmetro do buraco, e resfriados com 'gelo seco' (CO2 sólido) antes de serem colocados nos respectivos buracos. Sabendo que o diâmetro de um buraco é 4,5 mm, qual deve ser o diâmetro de um rebite a 23 °C para que seu diâmetro fique igual ao do buraco quando o rebite for esfriado até - 78 °C, a temperatura do gelo que será usado? Suponha que o coeficiente de dilatação permaneça constante o valor  = 2,4×10-5 ˚C-1. Departamento de Física Aplicada e Termodinâmica Física Teórica e Experimental II - Lita de Exercícios – Temperatura e Calor Professora: Carla Lemos da Silva Mota 11) O diâmetro da moeda de um centavo de dólar americano é 1,9 cm a 20 °C. A moeda é feita com uma liga metálica (quase toda de zinco) cujo coeficiente de dilatação linear é igual a 2,6 x 10-5 K-1. Qual seria seu diâmetro a) em um dia quente no Vale da Morte (48 °C); b) em uma noite fria nas montanhas da Groenlândia (-53 °C)? 12) Um cilindro de cobre está inicialmente a 20 °C. Em que temperatura seu volume torna-se 0,150% maior do que a 20 °C? 13) Um frasco de vidro com volume igual a 1000 cm3 a 0 °C está completamente cheio de mercúrio a essa mesma temperatura. Quando esse sistema é aquecido até 55 °C, um volume de 8,95 cm3 de mercúrio transborda. Sabendo que o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio é igual a 18,0 x 10-5 K-1, calcule o coeficiente de dilatação volumétrica do vidro. 14) Seja A0 a área medida sobre a superfície de um corpo sólido a uma certa temperatura inicial, e ΔA a variação da área quando a temperatura varia de ΔT. Mostre que ΔA = 2α A0ΔT, onde α é o coeficiente de dilatação linear. b) Uma folha de alumínio circular possui diâmetro de 55,0 cm a 15 °C. Qual será a variação da área de uma das faces da folha quando a temperatura aumentar para 27,5 °C? 15) Um torneiro mecânico faz um furo com um diâmetro igual a 1,350 cm em uma placa de aço a uma temperatura de 25 °C. Qual é a área da seção reta do orifício a) a 25 °C; b) quando a temperatura da placa aumenta para 175 °C? C) Qual o novo diâmetro do furo? Suponha que o coeficiente de dilatação linear permaneça constante nesse intervalo de temperatura. (Sugestão: Ver o exercício anterior). 16) Os trilhos de aço de uma estrada de ferro são dispostos em segmentos de 12,0 m de comprimento ligados pelas extremidades. Os trilhos são instalados em um dia de inverno, de temperatura igual a -2 °C. a) Qual o espaço que deve ser mantido entre dois segmentos de trilho adjacentes de modo que eles se toquem em um dia de verão com uma temperatura de 33 °C? b) Caso os trilhos estivessem inicialmente em contato, qual seria a tensão sobre eles em um dia de verão a uma temperatura de 33 °C? 17) Uma chaleira de alumínio com massa igual a 1,5 kg e contendo 1,8 kg de água é colocada em um fogão. Supondo que não haja nenhuma perda de calor para o ambiente, qual é a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a temperatura de 20ºC até 210ºC? Use cAl = 0.215 ca l/ g. °C 18) Você precisa descobrir o calor específico de uma amostra de metal. Você pesa a amostra e descobre que seu peso é 28,4N. Você acrescenta, cuidadosamente, 1,25x104 J à amostra e descobre que sua temperatura sobe 18°C. Qual é o calor específico da amostra? 19) Antes de ir fazer seu exame medico anual, um homem de 70 kg cuja temperatura é igual a 37°C consome um lata inteira de 0,355 Litros de bebida leve (quase toda composta de água) a 12°C. a) qual deve ser a temperatura do seu corpo quando for atingido o equilíbrio? Despreze qualquer efeito de aquecimento provocado pelo metabolismo do homem. O calor específico do corpo do homem é igual a 3480 L/kg.K b)A variação de temperatura do seu corpo é suficiente para ela possa ser lida por um termômetro medico comum? 20) Uma panela de cobre com massa igual a 0,5 kg contém 0,17 kg de água a uma temperatura de 20 ºC. Um bloco de ferro de 0,25 kg a 85ºC é colocado na panela. Calcule a temperatura final, supondo que não ocorra perda de calor para o ambiente. cCu=0,094 ca l/g °C , cFe=0,11 cal/ g °C 21) Qual é o calor necessário para converter 12,0 g de gelo a -10ºC em vapor d'água a 100º C ? 22) Um recipiente com massa desprezível contém 0,25 kg de água a uma temperatura de 75 ºC. Quantos quilogramas de gelo a uma temperatura de -20 ºC devem ser colocados na água para que a temperatura final do sistema seja igual a 30 ºC? 23) Uma das extremidades de uma barra metálica isolada é mantida a 100 ºC, e a outra extremidade é mantida a 0 ºC por uma mistura de gelo e água. A barra tem 60,0 cm de comprimento e uma seção reta com área igual a 1,5 cm2. O calor conduzido pela barra produz a fusão de 9,0 g de gelo em 10 minutos. Ache a condutividade térmica k do metal. Dado: calor latente de fusão da água = 3,5.105 J/kg 24) Qual é a taxa de irradiação da energia por unidade de área de um corpo negro que está a uma temperatura de a) 273 K e b) 2730 K? 25) A emissividade do tungsténio é aproximadamente igual a 0,35. Uma esfera deste material com 1cm de raio está suspensa num vasilhame de raio muito maior, estando este vasilhame a uma temperatura de 300K. Qual a potência requerida para manter a esfera a uma temperatura de 3000K (despreze a condução térmica ao longo do suporte). 26) Sabendo que a área total do corpo é igual a 1,20 m2 e que a temperatura da pele é 30 °C, calcule a taxa total de transferência de calor do corpo por radiação. Se o meio ambiente está a uma temperatura de 20 °C, qual é a taxa resultante do calor perdido pelo corpo por radiação? A emissividade do corpo é próxima da unidade, independentemente da cor da pele. Departamento de Física Aplicada e Termodinâmica Física Teórica e Experimental II Gabarito da Lista de Temperatura Professora: Carla Lemos da Silva Mota 1) R : a) T0 = - 40 oC = - 40 oF b) T0 = 574,61 oF = 574,61 K 2) R : - 91,945 oX 3) R : 37,8 oF 4) R : o copo B aumentou mais, pois 10 K = 18 ˚F 5) R: a) -18˚F; b) -10˚C. 6) R: a) 27,2˚F; b) -55,6˚C 7) a) 40,2˚C;sim!; b) 54˚F 8) R : 39 ˚C 9) R: 0,39 m 10) R: 4,511 mm 11) R: a) 1,9014 cm; b)1,8984 cm 12) R: 49,4 ˚C 13) R: 1,7x10-5˚C-1 14) R: 1,4x10-4 m2. 15) R: a) 1,431 cm2; b) 1,436 cm2; c) 1,352 cm. 16) R: a) 5mm; b) -8,4x107 Pa 17) R : 5,342 x 106 J 18) R: 240 J/kg K 19) R: a) 36,84 ºC, b) sim, pois o termômetro comum tem uma precisão de 0,1 grau. 20) R: 27,31ºC 21) R: 3,64x104 J 22) R: 0,09414 kg 23) R: 226,3 x 103 W/K 24) R: a) 314,9 W/ m2 b) 314,9x105 W/ m2 25) R: 45,4 MJ 26) R: 573,5 W, 72,0 W