Exercícios - Temperatura e Calor 2021-2

Física 2 – FE/IS - UNESP Prof. Haroldo Naoyuki Nagashima Exercícios – Temperatura e Calor ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Questão 1 – Uma das extremidades de uma barra metálica isolada é mantida em água fervente e a outra extremidade é mantida a 0oC por uma mistura de água e gelo. A barra possui 60,0 cm de comprimento e uma secção transversal de área igual a 1,25 cm2. O calor conduzido pela barra produz a fusão de 8,50 g de gelo em 10,0 minutos. De que metal a barra é feita? Sabe-se que o calor de fusão do gelo é de 3,34x105 J/kg. Questão 2 - Suponha que a radiação solar incidente por segundo sobre a superfície congelada de um lago seja igual a 600 W/m2 e 70% desta energia seja absorvida pelo gelo. Quanto tempo seria necessário para fundir uma camada de gelo com espessura de 2,50 cm? A camada de gelo e a água abaixo dela estão a uma temperatura de 0 oC. Questão 3 - Um tanque de água ficou destampado em tempo frio, e uma placa de gelo de espessura Yo se formou na sua superfície. Se TQ é a temperatura da água abaixo da placa de gelo e TF é a temperatura do ar acima da placa de gelo, ρ a massa específica do gelo, k a condutividade térmica do gelo e LF o calor de fusão do gelo. Suponha que não haja transferência de energia através das paredes ou pelo fundo do tanque. (a) Calcule a taxa de formação de gelo dy/dt. (b) Calcule a taxa de formação de gelo em centímetros por hora na placa de gelo considerando a espessura igual a 5,0 cm e a temperatura do ar acima do gelo igual -10 oC. Adote a condutividade térmica e a massa específica do gelo como 0,0040 cal.s.cm.oC e 0,92 g/cm3. O calor de fusão é 79,5 cal/g. Questão 4 - Nas profundezas do espaço, longe de qualquer estrela ou planeta, um astronauta libera um container esférico preenchido com 100 kg de água à 300 K. O container, de massa desprezível, com raio de 29 cm tem a sua superfície pintada de preto (emissividade 1). (a) Obtenha uma expressão para a temperatura da água como função do tempo enquanto este permanece no estado líquido e (b) determine quanto tempo leva para a água chegar ao ponto de congelamento. Despreze a taxa de absorção da radiação incidente (temperatura média do universo T = 3 K). Dado: Calor específico da água c = 4190 J/kg.K Questão 5 - Um tubo de cobre de raio R1 =1,0 cm transporta água a uma temperatura Tq = 95 0C. O tubo é isolado do meio externo onde a temperatura é de -20 0C, por um tubo cilíndrico feito de espuma de poliuretano de raio R2 = 2,5 cm cuja condutividade térmica é igual a 0,024 W/m.K. Considere L = 10m. Com qual taxa o calor é perdido do tubo de cobre?