Usp_f_d_termod

1. (2000) Uma experiência é realizada para estimar o calor específico de um bloco de material desconhecido, de massa m2 = 5,4kg. Em recipiente de isopor, uma quantidade de água é aquecida por uma resistência elétrica R = 40 Ω, ligada a uma fonte de 120V, conforme a figura.\n\nNessas condições, e com os devidos cuidados experimentais, é medida a variação da temperatura T da água, em função do tempo t, obtendo-se a reta A do gráfico. A seguir, repete-se a experiência desde o início, desta vez colocando o bloco imerso dentro d'água, obtendo-se a reta B do gráfico.\n\na) Estime a massa M, em kg, da água colocada no recipiente.\nb) Estime o calor específico do bloco, explicitando claramente as unidades utilizadas.\n\nProfessor:Leonardo Carvalho\nFUVEST 2. (2001) Um motor de combustão interna, semelhante a um motor de caminhão, aciona um gerador que fornece 25 kW de energia elétrica a uma fábrica.\n\nO sistema motor - gerador é resfriado por fluxo de água, permanentemente renovada, que é fornecida ao motor a 25ºC e evaporada, a 100ºC, para atmosfera. Observe as características do motor na tabela. Supondo que o sistema só dissipe calor pela água que aquece e evapora, determine:\n\na) A potência P, em kW, fornecida à água, de forma a manter a temperatura do sistema constante.\nb) A vazão V de água, em kg/s, a ser fornecida ao sistema para manter sua temperatura constante.\nc) A eficiência R do sistema, definida como a razão entre a potência elétrica produzida e a potência total obtida a partir do combustível.\n\nProfessor:Leonardo Carvalho\nFUVEST\ncontato:spexas@gmail.com 5. (2002) Uma caixa d'água C, com capacidade de 100 litros, é alimentada, através do registro R1, com água fria a 15ºC, tendo uma vazão regulada para manter sempre constante o nível de água na caixa. Uma bomba R retira 3 l/min de água da caixa e os faz passar por um aquecedor elétrico (inicialmente desligado). Ao ligar-se o aquecedor, a água é fornecida, à razão de 2 l/min, através do registro R2 para uso externo, enquanto o restante da água aquecida retorna à caixa para não desperdiçar energia.\n\nNo momento em que o aquecedor, que fornece uma potência constante, começa a funcionar, a água, que entra nela a 15ºC, e sai a 25ºC. A partir desse momento, a temperatura da água na caixa passa então a aumentar, estabelecendo-se depois algumas horas. Desprezando perdas térmicas, determine:\n\na) A quantidade de calor Q, em J, fornecida a cada minuto pelo aquecedor.\nb) A temperatura final T2, em °C, da água que sai pelo registro R2 para uso externo.\nc) A temperatura final Rc, em °C, da água na caixa.\n\n6. (2003) Um recipiente cilíndrico contém 1,5 l (litro) de água à temperatura de 40ºC. Uma tampa, colocada sobre a superfície da água, evita o líquido e pode ser deslocada verticalmente sem atrito. Um aquecedor elétrico E de 1800 W, fornece calor à água, que está inicialmente em repouso.\n\nDevido ao peso da tampa e à pressão atmosférica externa, a pressão sobre a superfície da água permanece com o valor Po = 1,00x10^5 Pa. Ligando-se o aquecedor, a água seguinte a atingir, depois de um intervalo de tempo tA, a temperatura de ebulição (100ºC). A seguir, a água passa a evaporar, permanecendo a região entre a superfície da água e a tampa, até que, depois de mais um intervalo de tempo tB, o aquecedor é desligado. Neste processo, 0,27 mol de água passou ao estado de vapor.\n\nNOTE/ADOTE 1Pa = 1 pascal = 1N/m²\nCalor específico da água: 4.000J/(°C.kg)\nNa temperatura de 100°C e à pressão de 1,00x105Pa, 1 mol de vapor de água ocupa 30L e o calor de vaporização da água vale 40.000J/mol.\n\nDetermine\n\na) o intervalo de tempo tA, em segundos, necessário para levar a água até a ebulição.\nb) o intervalo de tempo tB, em segundos, necessário para evaporar 0,27 mol de água.\nc) o trabalho τ, em joules, realizado pelo vapor de água durante o processo de ebulição.\n\nProfessor:Leonardo Carvalho\nFUVEST\ncontato:spextas@gmail.com 7. (2004) Um cilindro de Oxigênio hospitalar (O2), de 60 litros, contém, inicialmente, gás a uma pressão de 100 atm e temperatura de 300 K. Quando é utilizado para a respiração de pacientes, o gás passa por um redutor de pressão, regulado para fornecer Oxigênio a 3 atm, nessa mesma temperatura, acoplado a um medidor de fluxo, que indica, para essas condições, o consumo de Oxigênio em litros/minuto. Assim, determine:\n\na) O número N0 de mols de O2, presentes inicialmente no cilindro.\n\nb) O número n de mols de O2, consumidos em 30 minutos de uso, com o medidor de fluxo indicando 5 litros/minuto.\n\nc) O intervalo de tempo t, em horas, de utilização do O2, mantido o fluxo de 5 litros/minuto, até que a pressão interna do cilindro fique reduzida a 40 atm.\n\nNOTA E ADOTE:\nConsidere o O2 como gás ideal.\nSuponha a temperatura constante e igual a 300 K.\nA constante dos gases ideais R = 8 x 10^-3 litros.atm/K 8. (2004) Em um experimento de laboratório, um fluxo de água constante, de 1,5 litros por minuto, é aquecido através de um sistema cuja resistência R, alimentada por uma fonte de 100 V, depende da temperatura à qual a água entra no sistema, com uma temperatura T0 = 20 °C, a resistência passa a ser variável, aumentando seu valor conforme a água. A água aquecida estabelece novo valor para a resistência a partir por diante, até que o sistema se estabilize em uma temperatura final Tf. Para analisar o funcionamento do sistema:\n\na) Escreva a expressão da potência PR dissipada no resistor, em função da temperatura do resistor, e represente PR x T no gráfico da folha de respostas.\n\nb) Escreva a expressão da potência PA necessária, para que a água desvie o sistema a uma temperatura T, e represente PA x T no mesmo gráfico da folha de respostas.\n\nc) Estime, a partir do gráfico, o valor da temperatura final Tf da água, quando essa temperatura se estabiliza. 9. (2006) Dois tanques cilíndricos verticais, A e B, de 1,6 m de altura e diámetros, estão parcialmente cheios de água e possuem válvulas que estão abertas, como representado na figura para a situação inicial. Os tanques estão a uma temperatura T0= 280 K e à pressão atmosférica P0. Em uma etapa de um processo industrial, apenas a válvula A é fechada e, em seguida, os tanques são aquecidos a uma temperatura T1, resultando na configuração indicada na figura para a situação final.\n\na) Determine a razão R1 = P1/P0, entre a pressão final P1 e a pressão inicial P0 do ar no tanque A.\n\nb) Determine a razão R2 = T1/T0, entre a temperatura final T1 e a temperatura inicial T0 dentro dos tanques.\n\nc) Para o tanque B, determine a razão R3= mo/m1, entre a massa de ar mo contida inicialmente no tanque B e a massa de ar final m1, à temperatura T1, contida nesse mesmo tanque. 13. (2010) Um balão de ar quente é constituído de um envelope (parte inflável), cesto para três passageiros, queimador e tanque de gás. A massa total do balão, com três passageiros e o envelope vazio, é de 400 kg. O envelope totalmente inflado tem um volume de 1500 m³.\n\na) Que massa de ar M1 caberia no interior do envelope, se totalmente inflado, com pressão igual à pressão atmosférica local (Patm) e temperatura T = 27ºC?\nb) Qual a massa total de ar M2, no interior do envelope, após este ser totalmente inflado com ar quente a uma temperatura de 127ºC e pressão Patm?\nc) Qual a aceleração do balão, com os passageiros, ao ser lançado nas condições dadas no item b) quando a temperatura externa é T = 7ºC?\n\nNOTE E ADOTE:\nDensidade do ar a 27º C e a pressão atmosférica local = 1,2 kg/m3.\nAceleração da gravidade na Terra, g = 10 m/s2.\nDespreze os atritos nas operações realizadas ao nível do mar.\nDespreze o corpo que armazena pátios sólidos da bola.\nT (K) = T (ºC) + 273\nIndique a resolução da questão. Não é suficiente apenas escrever as respostas.\n\n14. (2011) Um forno solar simples foi construído com uma caixa de isopor, forrado internamente com papel alumínio e fechado com uma tampa de vidro de 40 cm x 50 cm. Dentro desse forno, foi colocada uma pequena panela contendo 1 xícara de arroz e 300 ml de água a temperatura ambiente de 25ºC. Suponha que a panela absorve toda a radiação solar que cai, e que a energia injetada no forno é totalmente transferida para a água.\na) A potência solar total P absorvida pela água.\nb) A energia En necessária para aquecer o conteúdo da panela até 100ºC.\nc) O tempo total T necessário para aquecer o conteúdo da panela até 100ºC e evaporar 1/3 da água nessa temperatura (cozer o arroz).\n\nNOTE E ADOTE:\nPotência solar incidente na superfície da Terra: 1 kW/m².\nDensidade da água: 1 g/cm³.\nCalor específico da água: 4 J/(gºC).\nCalor latente de evaporação da água: 2200 J/g.\nDesconsiderar as capacidades caloríficas do arroz e da panela. 16. (2015) O aquecimento de um forno elétrico é baseado na conversão de energia elétrica em energia térmica em um resistor. A resistência R do resistor desse forno, submetido a uma diferença de potencial V constante, varia com a sua temperatura T. Na figura da página de respostas é mostrado o gráfico da função R(T) = R0 + α(T – T0), sendo R0 o valor da resistência na temperatura T0 e α uma constante. Ao se ligar o forno, com o resistor a 20ºC, a corrente é 10 A. Ao atingir a temperatura TM, a corrente é 5 A. Determine a\n(a) constante α;\n(b) diferença de potencial Vi;\n(c) temperatura TMi;\n(d) potência P dissipada no resistor na temperatura TM.\n\n17. (2015) Um recipiente hermeticamente fechado e termicamente isolado, com volume de 750 l, contém ar inicialmente à pressão atmosférica de 1 atm e à temperatura de 27ºC. No interior do recipiente, foi colocada uma pequena vela acesa, de 2,5 g. Sabendo-se que a massa da vela consumida a uma taxa de 1, g/min e que a queima da vela produz energia à razão de 3,6 x 10³J/g, determine\n(a) a potência W da vela acesa;\n(b) a quantidade de energia E produzida pela queima completa da vela;\n(c) o aumento ΔT da temperatura do ar no interior do recipiente, durante a queima da vela;\n(d) a pressão P do ar no interior do recipiente, logo após a queima da vela.\n\nNote e adote:\nO ar deve ser tratado como gás ideal.\nO volume de 1 mol de gás ideal à pressão atmosférica de 1 atm e à temperatura de 27ºC é 25l.\nCalor molar do ar a volume constante: Cvm = 31ml/(mol.K).\nConstante universal dos gases: R = 0,08(atm.l)/(mol.K).\n0ºC = 273K.\nDesconsiderar as capacidades térmicas do recipiente e a variação da massa de gás no seu interior devido à queima da vela.