Lista de Exercícios de Termologia em Física

1 Universidade do Vale do Itajaí Escola do Mar Ciência e Tecnologia Engenharia Ambiental e Sanitária Professora MA Andreia Teresinha Evaristo Disciplina Física Lista Termologia 1 Temperatura 01 Uma temperatura é indicada na escala Fahrenheit por um número que é o dobro da correspondente indicação na escala Celsius Determine esta temperatura 02 O termômetro Celsius marca 0 na temperatura do gelo fundente e 100 na temperatura de ebulição da água sob pressão atmosférica O termômetro Fahrenheit marca 32 e 212 respectivamente nessas temperaturas Quando o termômetro Celsius marcar 40C o Fahrenheit marcará 03 Numa das regiões mais frias do mundo o termômetro indica 76F Qual será o valor dessa temperatura na escala Kelvin 04 A temperatura normal do corpo humano é em média de 36ºC Se uma pessoa está com 39ºC qual a sua variação de temperatura na escala Kelvin 05 Dispõemse de um termômetro calibrado numa escala arbitrária que adota 10ºX para a temperatura 10ºC e 70ºX para a temperatura 110ºC Com este termômetro mediuse a temperatura de uma cidade que registra no momento 77ºC Determine esta medida em ºX 06 Em uma escala linear de temperatura X a água congela a 125X e evapora a 350X Em uma escala linear de temperatura Y a água congela a 70Y e evapora a 30Y Uma temperatura de 50Y corresponde a que temperatura na escala X 2 Calor 07 Um corpo troca calor exclusivamente com 150 g de água inicialmente a 40ºC a Temperatura inicial do corpo é 200ºC e o equilíbrio térmico ocorre a 50ºC Determine a capacidade térmica do corpo 08 Temse 300 g de um certo líquido à temperatura de 30C Fornecendose 600 cal diretamente a esse líquido sua temperatura sobe para 35C Pedese o valor do calor específico do líquido 09 Derramandose 50 cm³ de café quente 80ºC em um copo de leite morno 40ºC obtémse 200 cm³ de café com leite a uma temperatura de 10 Uma estudante deseja resfriar 025 kg de CocaCola constituída em sua maior parte de água inicialmente a uma temperatura de 25º C adicionando gelo a 20ºC Qual quantidade de gelo que ela deve usar para que a temperatura final seja igual a 0ºC sabendo que todo o gelo se funde e que o calor específico do recipiente pode ser desprezado 11 Um tacho de cobre de 150 g contém 220 g de água e ambos estão a 20ºC Um cilindro de cobre de 300 g muito quente é jogado na água fazendo a água ferver e transformando 5 g de água em vapor A temperatura final do sistema é 100ºC Despreze a transferência de energia para o ambiente a Qual é a energia em calorias transferida para a água em forma de calor b Qual a energia transferida para o tacho c Qual é a temperatura inicial do cilindro 12 Um líquido está a 10C Se o calor específico desse líquido é 05 calgC uma fonte que fornece 50 calmin deverá aquecer 100 g desse líquido até atingir 30C em 13 Determine a quantidade de calor necessária para transformar 500 g de água a 20oC em vapor a 120oC São dados calor específico da água 1 calgºC calor específico do vapor de água 048 calgºC calor latente de vaporização da água 540 calg 14 Quantas calorias são necessárias para transformar 100 g de gelo a 20C em água a 60C O gelo se funde a 0C tem calor específico 05 calgC e seu calor latente de fusão é 80 calg O calor específico da água é 1 calgC Construa a curva de aquecimento do sistema 15 Um calorímetro cuja capacidade térmica é 42 calC contém 90 g de água A temperatura do conjunto é de 20C Colocase em seu interior um bloco de ferro cuja massa é de 100 g e cuja temperatura é de 85C O termômetro nos mostra que após ser atingido o equilíbrio térmico a temperatura da mistura é de 25C Determine o calor específico do ferro 2 16 Uma garrafa térmica contém 130 cm³ de café a 800ºC Um cubo de gelo de 120 g à temperatura de fusão é usado para esfriar o café De quantos graus o café esfria depois que todo o gelo derrete e o equilíbrio térmico é atingido Trate o café como se fosse água pura e despreze as trocas de energia com o ambiente 17 No interior de um calorímetro adiabático contendo 500 g de água a 20ºC são colocados 100 g de chumbo a 200ºC O calor específico da água é 1 calgºC e o do chumbo é 0031 calgºC qual será a temperatura de equilíbrio 18 No interior de um calorímetro de capacidade térmica 60 calºC há 200 g de água calor específico 1 calgºC Fornecendo 3000 cal ao sistema observase que sua temperatura sofre uma variação de 10ºC Qual a quantidade de calor perdido por esse sistema nesse processo 19 Dois corpos A e B se encontram a uma mesma temperatura de 10ºC Cedendo a mesma quantidade de calor a cada corpo obtemos temperaturas diferentes 40ºC e 80ºC respectivamente Qual será a temperatura de equilíbrio se ambos os corpos forem colocados em contato térmico 20 Um corpo de massa m a 270ºC é colocado em um recipiente onde existe idêntica massa de água a 50ºC obtendose uma temperatura de equilíbrio igual a 70ºC Admitindo que somente houve trocas de calor entre o corpo e a água determine o calor específico do corpo 21 A menor massa de água calor específico 1 calgºC a 20ºC que devemos colocar em um recipiente que contém 300 g de água a 80ºC para obtermos água a 40ºC é 22 Quando 600 g de chumbo calor específico 00306 calgºC a 100ºC é colocado em um calorímetro de alumínio calor específico 022 calgºC de massa 120 g que contém 200 g de azeite de oliva a 20ºC a temperatura final da mistura é 306ºC Determine o calor específico do azeite 23 Um calorímetro ideal de capacidade térmica desprezível contém 300 g de óleo calor específico 05 calgºC Colocando no interior desse calorímetro 600 g de água calor específico 1 calgºC a 80ºC a temperatura de equilíbrio térmico da mistura passa a ser 75ºC Determine a temperatura inicial do óleo 24 Aquecedores solares usados em residências têm o objetivo de elevar a temperatura da água até 70C No entanto a temperatura ideal da água para um banho é de 30C Por isso devese misturar a água aquecida com a água à temperatura ambiente de um outro reservatório que se encontra a 25C Qual a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria na mistura para um banho à temperatura ideal Calor específico da água 1 calgºC 25 Sendo Ls 80 calg o calor latente de solidificação da água calcule quantas calorias devem perder 600 g de água líquida a 20C até sua total solidificação O calor específico da água é 1 calgC 26 O diagrama representa a curva de aquecimento de 20 gramas de uma substância inicialmente no estado líquido O calor latente de vaporização da substância é 27 Temos inicialmente 200 gramas de gelo a 10C Determine a quantidade de calor que essa massa de gelo deve receber para se transformar em 200 g de água líquida a 20C Trace a curva de aquecimento do processo Dados calor específico do gelo 05 calgC calor específico da água 1 calgC calor latente de fusão do gelo 80 calg 28 O gráfico representa a temperatura de uma substância de massa 20 g inicialmente no estado sólido em função da quantidade de calor recebido Q Podemos afirmar que a capacidade térmica no estado sólido o calor latente de fusão e o calor específico no estado líquido dessa substância valem respectivamente 3 29 O diagrama representa a variação de temperatura de uma substância pura em função da quantidade de calor que lhe é fornecida O calor de vaporização é conhecido e vale 40 calg As informações obtidas a partir do diagrama permitem calcular o calor específico da substância antes da vaporização trecho AB e a sua massa Quais são os valores dessas grandezas 30 O gráfico representa a variação de temperatura de uma amostra de 20 g de um líquido a partir de 0ºC em função do calor por ela absorvido Determine a relação entre o calor específico cL do líquido e o seu calor específico cG na fase gasosa 31 A quantidade de calor que um bloco de gelo água no estado sólido inicialmente a 40ºC recebe para chegar a ser vapor a 120ºC é dada pelo gráfico abaixo Determine a massa do gelo Dados Lgelo 80 calg Lvapor 540 calg cgelo cvapor 050 calgºC cágua 10 calgºC 3 Transmissão de Calor 32 Qual é a taxa de perda de energia em watts por metro quadrado através de uma janela de vidro de 30 mm de espessura se a temperatura externa 20ºF e a temperatura interna é 72ºF 33 Um equipamento de ar condicionado deve manter uma sala de 126 m² a 22oC As paredes da sala de 25 cm de espessura são feitas de tijolos e a área das janelas podem ser consideradas desprezíveis A face externa das paredes pode estar até a 40oC em um dia de verão Sabemos que o fluxo de calor atingiu o regime estacionário no valor de 8000 W e desprezando a troca de calor pelo piso e pelo 4 teto que estão bem isolados pedese o coeficiente de condutibilidade térmica da parede 34 A figura mostra a seção reta de uma parede feita com uma camada interna de madeira de espessura La uma camada externa de tijolos de espessura Ld Ld 2La e duas camadas intermediárias de espessura e composição desconhecida A condutividade térmica da madeira é ka e a dos tijolos é kd 5ka A área da parede é desconhecida A condução térmica através da parede atingiu o regime estacionário Nessa situação as temperaturas são T1 25C T2 20C e T5 10C Qual é a temperatura T4 35 Considere uma placa de cobre de comprimento 25cm e uma área de 90cm2 de contato com uma fonte quente de um lado e uma fonte fria de outro Se a TQ125ºC e TF10ºC e um regime estacionário é atingido determine a taxa de condução de calor através da placa Dado Condutividade térmica do cobre 401WmK 36 Uma esfera com 05m de raio cuja emissividade é 085 está a 27ºC em um local onde a temperatura ambiente é 77ºC a Com que taxa a esfera emite radiação térmica b Com que taxa a esfera absorve radiação térmica c Qual é a taxa líquida de troca de energia da esfera 4 Dilatação 37 Duas barras metálicas A e B de substâncias diferentes sofrem uma mesma variação de temperatura A maior variação no comprimento é para a barra de maior a coeficiente de dilatação linear b comprimento c produto entre o comprimento e o coeficiente de dilatação linear d quociente entre o comprimento e coeficiente de dilatação linear e produto entre o comprimento e a temperatura 38 Na figura está representada uma lâmina bi metálica O coeficiente de dilatação do metal da parte superior A é o dobro do coeficiente do metal da parte inferior B À temperatura ambiente a lâmina é horizontal Se a temperatura for aumentada de 150ºC a lâmina a continuará horizontal b curvará para baixo c curvará para cima d curvará para a direita e curvará para a esquerda 39 A água apresenta um comportamento diferenciado dos demais líquidos no que se refere a sua dilatação em função da variação da temperatura O que se verifica no aquecimento de certa massa de água de 0ºC a 4ºC a o volume aumenta e a densidade diminui b o volume permanece constante e a densidade aumenta c o volume e a densidade aumentam d o volume e a densidade diminuem e o volume diminui e a densidade aumenta f Um fio metálico tem 100 m de comprimento e coeficiente de dilatação linear igual a 17x105 ºC1 A variação de comprimento desse fio quando a temperatura varia 10ºC é de 40 Um fio metálico tem 100 m de comprimento e coeficiente de dilatação linear igual a 17x105 ºC1 A variação de comprimento desse fio quando a temperatura varia 10ºC é de 5 41 Em um dia quente em Las Vegas Um caminhãotanque foi carregado com 37000 L de óleo diesel Ele encontrou tempo frio ao chegar em Payson onde a temperatura estava 23 K abaixo da temperatura de Las Vegas e ele entregou a carga Quantos litros foram descarregados O coeficiente de dilatação volumétrica do óleo diesel é de 95x104ºC e o coeficiente de dilatação linear do aço de que é feito o tanque do caminhão é 11x106ºC 42 Uma telha de alumínio tem dimensões lineares de 20 cm x 500 cm e seu coeficiente de dilatação linear é igual a 22x105 ºC1 A telha ao ser exposta ao sol durante o dia experimenta uma variação de temperatura de 20ºC A dilatação superficial máxima da chapa em cm2 durante esse dia será 43 Um bloco de certo metal tem seu volume dilatado de 200 cm3 para 206 cm3 quanto sua temperatura aumenta de 20ºC para 520ºC Se um fio deste mesmo metal tendo 10 cm de comprimento a 20ºC for aquecido até a temperatura de 520ºC então seu comprimento em centímetro passará a valer 44 Uma xícara de alumínio com um volume de 100 cm³ está cheia de glicerina a 22ºC Que volume de glicerina é derramado se a temperatura da glicerina e da xícara aumentm para 28ºC O coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina é 51x104º𝐶1 45 Um frasco cuja capacidade a 0ºC é de 2000 cm3 está cheio até a boca com determinado líquido O conjunto foi aquecido de 0 a 100ºC transbordando 14 cm3 Determine o coeficiente de dilatação aparente deste líquido em relação ao material do frasco 46 Um frasco de vidro com volume de 200 cm³ a 20C está cheio de mercúrio até a borda Qual a quantidade de mercúrio que transborda quando a temperatura do sistema se eleva até 100C O coeficiente de dilatação linear do vidro é igual a 040 x 105 1K e o coeficiente de dilatação volumétrica do mercúrio é 18 x 105 1K 5 Estado Físico da Matéria 47 Dos três estados de uma substância a que possui menor energia cinética é o estado cuja característica é apresentar Os termos que preenchem corretamente as lacunas são a sólida forma e volume variáveis b líquida forma própria e volume variável c gasosa forma variável e volume próprio d líquida forma e volume variáveis e sólida forma e volume próprios 48 Indique se as afirmativas são verdadeiras com a letra V ou falsas com a letra F a Quando penduramos roupas molhadas no varal notamos que após algum tempo elas secam Nesse caso a água mudou do estado líquido para o estado gasoso b Fusão é a passagem da água do estado líquido para o estado gasoso c A água é mais importante para os seres vivos no estado gasoso d A passagem da água do estado gasoso para o líquido se chama condensação e O ar que está a nossa volta sempre possui um pouco de água no estado líquido é o vapor dágua invisível a nossos olhos 49 A naftalina substância empregada para evitar baratas e outros insetos em roupas funde em temperaturas superiores a 80C Sabese que bolinhas de naftalina à temperatura ambiente têm suas massas constantemente diminuídas terminando por desaparecer sem deixar vestígio Este fato ocorre graças ao fenômeno da a fusão b ebulição c solidificação d liquefação e sublimação 50 Numa chaleira a água evapora e parte dela se condensa em forma de gotículas na parte interna da tampa da chaleira da seguinte forma 6 Qual o nome do fenômeno que ocorre com o resfriamento do vapor de água mostrado anteriormente a evaporação b fusão c liquefação d sublimação e solidificação 51 Imagine um copo cheio de refrigerante bem geladinho O copo está suado e há gelo no refrigerante Quais os fenômenos físicos envolvidos a Vaporização e condensação b Sublimação e fusão c Condensação e fusão d Condensação e Fusão 52 Ainda hoje é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro moringas ou potes de cerâmica não esmaltada para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente Isso ocorre porque a o barro isola a água do ambiente mantendoa sempre a uma temperatura menor que a dele como se fosse isopor b o barro tem poder de gelar a água pela sua composição química Na reação a água perde calor c o barro é poroso permitindo que a água passe através dele Parte dessa água evapora tomando calor da moringa e do restante da água que são assim resfriadas d o barro é poroso permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa A água de fora sempre está a uma temperatura maior que a de dentro e a moringa é uma espécie de geladeira natural liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente a temperatura da água 53 À pressão ambiente o iodo tem pontos de fusão e de ebulição superiores a 100C Um estudante colocou iodo sólido em um frasco limpo que foi hermeticamente fechado O frasco ficou em absoluto repouso à temperatura ambiente Após algum tempo notouse a formação de cristais de iodo na tampa do frasco devido à a pressão osmótica do iodo b sublimação do iodo c fusão do iodo d decomposição do iodo e alta reatividade química do iodo 54 Considere as seguintes propriedades de 3 substâncias Substância A quando colocada dentro de um recipiente movese sempre para o fundo Substância B quando colocada dentro de um recipiente espalhase por todo o espaço disponível Substância C quando colocada dentro de um recipiente movese sempre para o fundo espalhandose e cobrindoo Os estados físicos das substâncias A B e C são respectivamente a líquido sólido e gasoso b gasoso sólido e líquido c sólido gasoso e líquido d sólido líquido e gasoso e gasoso líquido e sólido 55 Dada a tabela Qual o estado físico dessas substâncias à temperatura ambiente 25ºC 7 56 Qual o estado físico sólido líquido ou gasoso das substâncias da tabela a seguir quando as mesmas se encontram no Deserto da Arábia à temperatura de 50C pressão ambiente 1 atm 6 Gases Ideais 57 Considere um gás ideal cujas transformações I II e III são mostradas no diagrama P x V abaixo Essas transformações I a III são denominadas respectivamente de a adiabática isocórica isométrica b Isométrica isotérmica isobárica c Isobárica isométrica adiabática d Isométrica adiabática isotérmica 58 Um recipiente de volume V totalmente fechado contém 1 mol de um gás ideal sob pressão p A temperatura absoluta do gás é T e a constante universal dos gases perfeitos é 𝑅 0082 𝑎𝑡𝑚𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑘𝑒𝑙𝑣𝑖𝑛 Se esse gás é submetido a uma transformação isotérmica cujo gráfico está representado abaixo podemos afirmar que a pressão no instante em que ele ocupa o volume de 328 litros é a 01175 atm b 05875 atm c 080 atm d 1175 atm e 133 atm 59 Um sistema gasoso ideal está inicialmente sob pressão p e ocupa um volume V à temperatura T Ao sofrer um aquecimento sua pressão duplica e sua temperatura triplica Seu novo volume passa a ser a 3V b 2V c 3V2 d 2V3 e V2 60 Certa massa de gás perfeito sofre uma transformação de maneira que seu volume aumenta 20 e sua temperatura absoluta diminui de 40 Terminada essa transformação a pressão do gás será a 50 maior que a inicial b 50 menor que a inicial c 30 maior que a inicial d 30 menor que a inicial e Igual a inicial 61 Uma certa amostra de gás encontrase a 1520 mmHg a uma temperatura de 73oC Qual será sua nova temperatura em graus Celsius se numa transformação isocórica sua pressão passar para 1 atm 62 Dez litros de um certa gás está sob pressão de 3atm a 27oC Qual será o novo volume do gás a 1atm de pressão e 127oC 8 63 Um extintor de incêndio contém 44 kg de CO2 Qual o volume máximo de gás liberado na atmosfera a 1atm e 173oC C 12 O 16 64 240 g de um certo gás Xa ocupam um volume 41 litros à pressão de 2 atm e 73oC Sabendose que a massa atômica de X é 16u determine o número de a 65 Num recipiente fechado de volume igual a 15 litros está contida uma mistura constituída por 20 molar de CH4 e 80 molar de C2H6 à temperatura de 27oC e pressão de 164 atm Calcule as massas dos componentes da mistura bem como suas respectivas pressões parciais Dados C 12 H 1 7 Termodinâmica 66 Numa transformação de um gás perfeito os estados final e inicial acusaram a mesma energia interna Certamente a a transformação foi cíclica b a transformação isométrica c não houve troca de calor entre o gás e o ambiente d são iguais as temperaturas dos estados inicial e final e não houve troca de trabalho entre o gás e o meio 67 Um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema e uma quantidade de calor de 70 cal é removida do sistema a Qual é o valor incluindo o sinal de W b Qual é o valor incluindo o sinal de Q c Qual é o valor incluindo o sinal de ΔEint 68 Sobre um sistema realizase um trabalho de 3000 J e em resposta ele fornece 1000 cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo A variação de energia interna do sistema durante esse processo é aproximadamente considere 10 cal 40J 69 Suponha que um gás se expandiu exercendo uma pressão constante de 2000 Pa desde um volume 00002 m³ até o volume 00005 m³ Qual o trabalho realizado pelo gás nesta expansão 70 Suponha que um sistema passe de um estão a outro trocando energia com a sua vizinhança Calcule a variação de energia interna do sistema nos seguintes casos a o sistema absorve 400 J de calor e realiza um trabalho de 200 J b o sistema absorve 400 J de calor e um trabalho de 200 J é realizado sobre ele c o sistema libera 400 J de calor para a vizinhança e um trabalho de 200 J é realizado sobre ele d o sistema libera 400 J de calor para vizinhança e realiza um trabalho de 200 J 71 Um gás ideal a uma temperatura inicial T1 e com volume inicial de 20 m³ sofre uma expansão adiabática para um volume de 40 m³ depois uma expansão isotérmica para um volume de 10 m³ e finalmente uma compressão adiabática de volta para T1 Qual é o volume final 72 Suponha que um sistema passe de um estado a outro trocando energia com a sua vizinhança Calcule o trabalho realizado nos seguintes casos a o sistema libera 600 J de calor e sua energia interna aumenta 40 cal b o sistema libera 600 J de calor para a vizinhança e sua energia interna diminui 40 cal considere 10 cal 40J 73 Uma amostra de gás passa pelo ciclo abca mostrado no diagrama PV O trabalho líquido realizado é 12 J Ao longo da trajetória ab a variação da energia interna é 3 J e o valor absoluto do trabalho realizado é 5 J Ao longo da trajetória ca a energia transferida para o gás em forma de calor é 25 J a Qual é a energia transferida na forma de calor ao longo da trajetória ab b Qual é a energia transferida na forma de calor ao longo da trajetória bc 74 A figura mostra um ciclo fechado de um gás A variação de 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 9 75 Na figura abaixo uma amostra de gás se expande de Vo para 4Vo enquanto a pressão diminui de po para po4 Se Vo 1 m3 e po 40 Pa qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com o volume de acordo com a a trajetória A b com a trajetória B c com a trajetória C 76 Um sistema termodinâmico passa do estado A para o estado B do estado B para o estado C e de volta para o estado A como mostra o diagrama PV abaixo Complete os itens de a a g da tabela introduzindo um sinal positivo um sinal negativo ou um zero nas células indicadas h Qual é o trabalho líquido realizado pelo sistema em um ciclo ABCDA 77 Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 220 Ela opera entre duas fontes de calor de temperatura constante cuja diferença é 750ºC Qual é a temperatura da fonte fria e da fonte quente 78 Recebe o nome de ciclo de Otto o ciclo termodinâmico que representa o funcionamento de motores de combustão interna popularmente conhecidos como motores a explosão O ciclo foi definido e patenteado pelo engenheiro francês Beaus de Rochas porém o engenheiro alemão Nikolaus August Otto o implementou sendo o primeiro a construir um motor com base nesse ciclo As transformações termodinâmicas ilustradas no diagrama PV da figura ao lado constituem o modelo idealizado do ciclo Otto utilizado em motores de combustão interna de automóveis a gasolina No diagrama P representa a pressão na câmara de combustão e V o volume da câmara Suponha que na transformação b c 200 J de calor sejam fornecidos a partir da queima da mistura argasolina contida na câmara de combustão e que 80 J de calor tenham sido liberados durante a exaustão na transformação d a Dados No ciclo Otto é possível ocorrerem os seguintes tipos de transformações transformações isovolumétricas expansão adiabática e compressão adiabática Primeira Lei da Termodinâmica ΔU Q W onde ΔU é a variação da energia interna do sistema Q é o calor total trocado pelo sistema e W é o trabalho total realizado A partir dessas informações a identifique as transformações que ocorrem entre os estados a b b c c d e d a b determine o trabalho realizado no ciclo Otto completo Bom Estudos