Lista - Termodinâmica - 2023-2

Universidade Federal de Pernambuco Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Física Física L2 - 2023.02 Lista de Exercícios - Termodinâmica (15/Fev/2024) 1) Em uma determinada escala linear de temperatura, X, a água congela a -125oX e evapora a 375oX. Já na escala linear Y, a água congela a -70oY e evapora a -30oY. A que temperatura na escala X corresponde uma temperatura de 50oY? 2) Uma barra de aço tem 3,000 cm de diâmetro a 25,00◦C. Um anel de latão tem um diâmetro interno de 2,992 cm a 25,00◦C. Se os dois objetos são mantidos em equilíbrio térmico, a que temperatura a barra se ajusta perfeitamente ao furo ? Dados: αaço = 11 × 10−6(◦C)−1 ; αlatão = 19 × 10−6(◦C)−1 3) Que massa de vapor a 100◦C deve ser misturada a 150 g de gelo no ponto de fusão, em um recipiente termicamente isolado, para produzir água a 50◦C? Dados: cágua = 1 cal/g · K ; Lágua/fusão = 80 cal/g ; Lágua/ebulição = 540 cal/g 4) Uma porção de um determinado material, inicialmente na fase sólida, é colocado em um recipiente, acima de uma forte chama, onde recebe calor a uma taxa constante. A gura abaixo mostra como a temperatura do material varia em função do tempo. Indique as armações corretas (a) O calor especíco da fase sólida é maior que o calor especíco da fase líquida. (b) O calor de transformação da fusão é maior que o calor de transformação da vaporização. (c) Se conhecermos as escalas de tempo e temperatura no gráco, é possível determinar os calores especícos do material. Tempo Temperatura 5) A gura abaixo mostra quatro placas metálicas feitas do mesmo material e com lados que só podem ser L, 2 L ou 3 L. Ordene as placas de acordo com o aumento da dimensão vertical e da área quando aumentamos igualmente a temperatura das placas. Coloque em ordem decrescente. 6) Um aquecedor solar com eciência ϵ = 20% deve aquecer um volume V = 200 ℓ l de água devem ser aquecidos de Ti = 20◦C para Ti = 50◦C em 2 horas. Suponha que a constante solar seja IS = 700 W/m2. Qual deve ser a área do coletor solar? 7) Uma massa mag = 0, 530 g de água é colocada em um recipiente com uma amostra de gelo. Um dispostivo transfere calor da água para o gelo a uma taxa P constante, até que o equilíbrio seja estabelecido. As temperaturas da água e do gelo, em função do tempo, são mostradas no gráco. (a) Qual é a taxa P? (b) Qual a massa de gelo inicialmente no recipiente? (c) Quando o equilíbrio térmico é atingido, qual a massa de gelo produzida no processo? 𝑡 (min) −20 20 40 0 40 80 0 𝑇 (oC) 8) Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo ilustrado na gura ao lado. (a) Calcule o trabalho realizado pelo gás num ciclo completo. (b) Calcule a energia adicionada ao sistema na forma de calor durante um ciclo completo Volume (m3) 0 2 4 10 30 40 20 Pressão (N/m2) 9) Considere um sistema que ¢ submetido aos processos ilustrados no dia- a f grama PV ao lado. Seguindo a trajetoria iaf, Q = 50 cale W = 20 cal, ° e ao longo da trajetoria ibf, Q = 36 cal. S rv) (a) Quanto vale W ao longo de ibf? v (b) Se W = —13 cal ao longo da trajetoria fi, quanto vale Q nesta trajetoria? (c) Se Fint,i = 10 cal, quanto vale Ein:, ¢? j b (d) Se Fine,p = 22 cal, qual o valor de Q na trajetoria ib? 0 oo “tain DED Volume (e) Se Fint,p = 22 cal, qual o valor de Q na trajetoria bf? 10) Um gas em uma camara passa pelo ciclo mostrado ao lado. A energia B adicionada como calor durante o processo AB é@ Qap = 20,0 J; s nenhuma energia é transferida como calor durante 0 proceso BC; e o 3 trabalho realizado durante o ciclo é Wasco = 15,0 J. a Nestas condic6des, determine a energia tranferida pelo sistema na forma A C de calor, Qc, ao longo do processo CA. 0 Volume 11) Uma barra cilindrica de cobre de comprimento L = 1,20 m, e segao reta A = 4,8 cm”. Em uma extremidade a barra estA em contato com um vapor de agua e na outra econtra-se em contato com uma cuba de gelo, de modo que diferenga de temperatura entre as extremidades 6 AT = 100 °C. (a) Com que taxa a energia é transmitida através da barra? (b) Com que taxa o gelo derrete na extremidade fria? oS 12) Durante um frio dia de inverno na Russia, formou-se uma camada de gelo de espessura ar | d = 5,0 cm em uma caixa d’Agua, conforme ilustrado na figura ao lado. O ar acima ' oe do gelo encontra-se 4 temperatura Ta, = —20°C, enquanto a Agua esta 4 temperatura geig f Tag = 0°C. Suponha que a condutividade térmica do gelo seja k = 0,0040 cal/s-cm-C®° gua e que sua massa especifica seja Pgeio = 0,92 g/cm?. Nestas condig6es, calcule a taxa de formagao de gelo em cm/h. 13) Conforme mostrado na figura ao lado, uma parede é construida juntando dois materiais de diferentes condutividades térmicas, ki e k2 = 0, 70-k1, e espessuras, Li e Lo = 0,5-L1. As temperaturas do lado esquerdo e direito da parede séo Tg = 30,0°C e Tr = 20,0°C, k k respectivamente. o sistema esta no regime estacionario 1 2 (a) Qual a diferenca de temperatura AT> entre o lado direito e esquerdo da parede 2? T T (b) Se o valor da condutividade da parede 2 fosse kz = 1,2-k1 seria maior, menor ou Q Q igual a anterior? (c) Nesta nova situacgao, qual seria a diferenga de temperatura AT> entre os lados direito e esquerdo da parede 2? rs L, Ly