Lista de exercícios LOB1019 Física 2

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1 Lista de exercícios Tão rapidamente a Terra foi formada, o calor liberado pelo decaimento de elementos radioativos elevaram a sua temperatura média interna de 300 para 3000K (valor atual). Supondo que o coeficiente de expansão médio volumétrico seja de, de quanto o raio da Terra aumentou desde que o planeta se formou? Dado : raio da Terra:. R: 170km. (da lista do 2. Um bastão émedido por uma régua de aço à temperatura ambiente de tendo exatamente de comprimento. Ambos, o bastão e a régua, são colocados no forno a, onde o bastão mede agora (na mesma régua). Qual o coeficiente de dilatação do bastão? R:. (da lista do Prof. Carlos 3. Quando a temperatura de um moeda de Cu é elevada de, o seu diâmetro aumenta de 0,18%. Determine o aumento percentual: a) da área da face, b) da espessura, c) do volume e d) da massa da moeda. e) Calcule o seu coeficiente de expansão linear. R: a) 0,36%; b) 0,18%; c) 0,54%; d) 0; e) 4. Uma sala é iluminada com 4 lâmpadas de 100W. Supondo que 90% da energia é convertida em calor, qual a quantidade de calor adicionado àsala em 1h? R: 1,3MJ. 5. A taxa média com a qual o calor flui para fora através da superfície da Terra, na América do Norte, é de e a condutividade térmica média das rochas próximas à superfície vale. Supondo uma temperatura na superfície de, qual deveria ser a temperatura à profundidade de (perto da base da crosta)? R: 6. Calcule o fluxo de calor através de duas portas, cada uma delas com 2,0m de altura e 0,75m de largura. a) Uma porta éfeita de painéis de Al de 1,5mm de espessura e de uma chapa de vidro de 3mm que cobre 75% da sua superfície. b) A segunda porta é feita de pinho, cuja espessura média é 2,5cm. Considere uma queda de temperatura através das portas igual a. Dados: ; ;. R: a) 1,94MW; b) 218W. (da lista do 7. Um termômetro de massa e calor específico marca. Ele é então completamente mergulhado em 0,3kg de água e após atingirem o equilíbrio térmico ele marca. Qual era a temperatura da água antes da imersão do termômetro? R: Page 1

2 8. Um bloco de gelo a, cuja massa inicial éde 50kg, desliza ao longo de uma superfície horizontal, com velocidade inicial de 5,38m/s, e finalmente atinge o repouso após percorrer 28,3m. Calcule a massa de gelo derretido em conseqüência do atrito entre o bloco e a superfície. Suponha que todo o calor gerado com a fricção seja absorvido pelo gelo. R: 2,17g. (da lista do Prof. Carlos 9. Num aquecedor solar de água a energia solar é absorvida em coletores no telhado de uma casa, através de uma cobertura transparente. A água a ser aquecida circula em tubos que passam através dos coletores e é armazenada num tanque apropriado. Supondo que a eficiência global seja de 20%, qual deve ser a área do coletor necessária para aquecer de água e fazer a sua temperatura aumentar de 20 para em 1h? A intensidade da luz solar é igual a. R: 10. a) Dois cubos de gelo de cada são colocados em 200g de água em um copo. A água estáinicialmente a e o gelo encontra-se inicialmente a. Qual é a temperatura final do sistema? b) Suponha que somente um cubo de gelo seja usado em (a). Qual a temperatura final do sistema? Despreze a capacidade térmica do copo. Dados: e. R: a) ; b) 11. A figura mostra 4 caminhos em um diagrama ao longo dos quais um gás pode ir do estado ao estado. Ordene os caminhos com relação: a) à variação de energia interna ; b) ao trabalho feito pelo gás; c) à quantidade de calor transferido. (da lista do Prof. Carlos 12. Qual a massa de vapor de água a que deve ser misturado com de gelo a, em um recipiente de paredes adiabáticas, para produzir água líquida a. Dado. R:. 13. Uma amostra de gás expande de 1 para enquanto a pressão diminui de para. Qual o trabalho realizado pelo gás se sua pressão varia com o volume de acordo com cada um dos 3 processos indicados no diagrama da figura? R:. Page 2

3 14. Um gás é submetido ao processo cíclico descrito na figura. (a) Encontre a energia líquida transferida na forma de calor para o sistema durante um ciclo. (b) se o ciclo for revertido, qual a energia líquida transferida na forma de calor? 15. Um gás ideal, inicialmente a sofre uma expansão isobárica a. Se o volume aumenta de para e se uma energia de étransferida para o gás na forma de calor, quais são (a) a variação de sua energia interna e (b) sua temperatura final? (da lista do 16. Uma quantidade de gás ideal monoatômico contém inicialmente moles àtemperatur. A pressão e o volume são lentamente duplicados, de modo que, em um diagrama, esta variação seja uma linha reta. Em função de, determine: a) ; b) ; c). R: a) ; b) ; c) (da lista do 17. Uma massa de gás ocupa um volume de 4,3, à pressão de 1,2atm e temperatura de 310. O gás é comprimento adiabaticamente para um volume de 0,76. Determine: a) a pressão final e b) a temperatura final, supondo o gás ideal e. R: a) 14atm; b) 620. (da lista do 18. Uma amostra de gás ideal se expande de uma pressão inicial de 32atm e volume inicial de 1,0 para um volume final de 4,0. A temperatura inicial do gás é 300. Quais são a pressão final, a temperatura final do gás e o trabalho realizado pelo gás durante a expansão, se esta é: a) isotérmica; b) adiabática e o gás émonoatômico; c) adiabática e o gás édiatômico. R: a) 8atm; 300 ; 4,5 ; b) 3,2atm; 119 ; 2,9 ; c) 4,59atm; 172,1 ; 3, Um mol de um gás ideal monoatômico é sujeito ao ciclo mostrado na figura. O processo é uma expansão isotérmica reversível. Calcule a) a energia adicionada ao Page 3

4 gás; b) a energia rejeitada pelo gás; c) a eficiência do ciclo. (da lista do 20. Um bloco de cobre de, cuja temperatura é écolocado em uma caixa isolante, junto com um bloco de tungstênio de, cuja temperatura é. Dados os calores específicos do cobre e do tungstênio,, determine: a) Qual a temperatura de equilíbrio do sistema dos dois blocos? b) Qual a viariação da entropia do sistema? (da lista do 21. Duas amostras de um gás monoatômico, inicialmente àmesma temperatura e mesma pressão, são comprimidos do volume para o volume, sendo que aprimeira amostra é comprimida isotermicamente, enquanto a segunda é comprimida adiabaticamente. (a) Calcule a pressão final para ambos os casos (dêa respostas em termos de ; (b) Calcule para ambos os processos. R: (a) ; ; (b), zero. 22. Uma máquina térmica absorve 52kcal e expele 36kcal de calor em cada ciclo. Calcule (a) a eficiência e (b) o trabalho realizado a cada ciclo. R: (a) 31%; (b) 16 kcal. (da lista do 23. Uma bomba de calor transfere calor do ambiente externo para o ambiente interno. A temperatura exterior éde e a temperatura interior éde. A bomba éacionada por um motor elétrico. Quantos joules de calor serão entregues ao ambiente interno para cada joule consumido no motor? (Suponha uma bomba ideal). R: 11J. (da lista do Prof. Carlos 24. A figura representa uma máquina de Carnot que trabalha entre as temperaturas e e alimenta um refrigerador de Carnot que funciona entre as temperaturas e. Qual éa razão? 25. Um sistema é levado a efetuar reversivelmente o ciclo mostrado ao Page 4

5 lado. a) O ciclo funciona como motor ou refrigerador? b) Qual éa transferência de calor em cada processo? c) Qual o trabalho envolvido no ciclo? d) Qual é o rendimento deste ciclo? e) Qual o rendimento do ciclo funcionando como refrigerador? R: a)motor; b) ; ; c) ; d) 0,6; e) 0,67. da caixa 26. Considere a experiência da expansão livre de um gás. Calcule a variação de entropia do gás depois de expandido. R). 27. Levando em conta a termodinâmica, vimos que quando moles de um gás dobra de volume numa expansão livre, o aumento de entropia do estado inicial para o estado final é. Deduza este resultado a partir da mecânica estatística. Para isso utilize a expressão de Boltzmann da entropia. No estado inicial, todas as moléculas estão na metade esquerda da caixa, no estado final, temos em cada metade Page 5