Exercicios Resolvidos Halliday-Capitulo 18-Termodinamica

EXERCÍCIOS SUGERIDOS CAP18 HALLIDAY 21 Como resultado de um aumento de temperatura de 32 Cº uma barra com uma rachadura no centro dobra para cima Fig 1831 Se a distância fixa L0 é 377 m e o coeficiente de dilatação linear da barra é 25 x 106Cº determine a altura x do centro da barra FIG 1831 Problema 21 25 Calcule a menor quantidade de energia em joules necessária para fundir 130 g de prata inicialmente a 150ºC 29 Que massa de vapor a 100ºC deve ser misturada com 150 g de gelo no ponto de fusão em um recipiente isolado termicamente para produzir água a 50ºC 31 Versão nãométrica a Quanto tempo um aquecedor de água de 20 x 105 Btuh leva para elevar a temperatura de 40 galões de água de 70 ºF para 100 ºF Versão métrica b Quanto tempo um aquecedor de água de 59 kW leva para elevar a temperatura de 150 litros de água de 21ºC para 38ºC 35 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 39 Uma pessoa faz chá gelado misturando 500 g de chá quente que se comporta como água pura com a mesma massa de gelo no ponto de fusão Suponha que a troca de energia entre a mistura e o ambiente é desprezível Se a temperatura inicial do chá é Ti 90ºC qual é a a temperatura da mistura Tf e b a massa mf do gelo remanescente quando o equilíbrio térmico é atingido Se Ti 70ºC qual é o valor c de Tf e d de mf quando o equilíbrio térmico é atingido 41 a Dois cubos de gelo de 50 g são misturados com 200 g de água em um recipiente termicamente isolado Se a água está inicialmente a 25ºC e o gelo foi removido de um congelador a 15ºC qual é a temperatura final em equilíbrio térmico b Qual é a temperatura final se é usado apenas um cubo de gelo FIG 1838 Problema 45 45 Na Fig 1838 uma amostra de gás se expande de V0 para 40V0 enquanto a pressão diminui de p0 para p0 40 Se V0 10 m³ e p0 40 Pa qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com o volume de acordo a com a trajetória A b com a trajetória B e c com a trajetória C FIG 1842 Problema 49 49 Quando um sistema passa do estado i para o estado f seguindo a trajetória iaf da Fig 1842 Q 50 cal e W 20 cal Ao longo da trajetória ibf Q 36 cal a Quanto vale W ao longo da trajetória ibf b Se W 13 cal na trajetória de retorno fi quanto vale Q nesta trajetória c Se Einti 10 cal qual é o valor de Eintf Se Eintb 22 cal qual é o valor de Q d na trajetória ib e e na trajetória bf 51 Considere a placa da Fig 1818 Suponha que L 250 cm A 900 cm² e que o material é cobre Se TQ 125ºC TF 100ºC e um regime estacionário é atingido determine a taxa de condução de calor através da placa 57 Na Fig 1844a duas barras retangulares iguais de metal são soldadas nas extremidades e mantidas a uma temperatura T1 0ºC do lado esquerdo e uma temperatura T2 100ºC do lado direito Em 20 min 10 J são conduzidos a uma taxa constante do lado direito para o lado esquerdo Que tempo seria necessário para conduzir 10 J se as placas fossem soldadas lado a lado como na Fig 1844b FIG 1847 Problema 61 61 A Fig 1847 mostra uma parede feita de quatro camadas de condutividades térmicas k1 0060 WmK k3 0040 WmK e k4 012 WmK k2 não é conhecida As espessuras das camadas são L1 15 cm L3 28 cm e L4 35 cm L2 não é conhecida As temperaturas conhecidas são T1 30ºC T12 25ºC e T4 10ºC A transferência de energia está no regime estacionário Qual é o valor da temperatura T34 FIG 1847 Problema 61 63 Formouse gelo em um pequeno lago e o regime estacionário foi atingido com o ar acima do gelo a 50ºC e o fundo do lago a 40ºC Se a profundidade total do gelo água é 14 m qual é a espessura do gelo Suponha que as condutividades térmicas do gelo e da água são 040 e 012 calmCºs respectivamente 65 Um camada de gelo de 50 cm de espessura se formou na superfície de uma caixadágua em um dia frio de inverno Fig 1850 O ar acima do gelo está a 10C Calcule a taxa de formação da placa de gelo em cmh Suponha que a condutividade térmica do gelo é 00040 cals cm C e que a massa específica é 092 gcm³ Suponha também que a transferência de energia através das paredes e do fundo do tanque pode ser desprezada FIG 1850 Problema 65 91 Um atleta precisa perder peso e decide puxar ferro a Quantas vezes um peso de 800 kg deve ser levantado a uma altura de 100 m para queimar 050 kg de gordura supondo que essa quantidade de gordura equivale a 3500 Cal b Se o peso for levantado uma vez a cada 200 s quanto tempo será necessário 93 Uma amostra de gás se expande de V1 10 m3 e p1 40 Pa para V2 40 m3 e p2 10 Pa seguindo a trajetória B do diagrama pV da Fig 1856 Em seguida o gás é comprimido de volta para V1 seguindo a trajetória A ou a trajetória C Calcule o trabalho líquido realizado pelo gás para o ciclo completo ao longo a da trajetória BA e b da trajetória BC FIG 1856 Problema 93