Prblems.-. númer de nts indic nível de dificuldde Seçã 18-4 Medind Temertur d rblem. 1 Dis termômetrs de gás vlume cnstnte sã cnstruíds, um cm nitrgêni e utr cm hidrgêni. Ambs cntêm gás suficiente r que P3 = 80 kp. () Qul é diferenç de ressã entre s dis termômetrs se s dis bulbs estiverem em águ n nt de ebuliçã? (Sugestã: Vej Fig. 18-6.) Que gás está num ressã mis lt? 2 Sunh que temertur de um gás sej 373,15 K qund ele está n nt de ebuliçã d águ. Qul é, entã, vlr limite d rzã entre ressã d gás n nt de ebuliçã e su ressã n nt tril d águ? (Sunh que vlume d gás é mesm em mbs s temerturs.) 3 Um termômetr cnsiste em dis bulbs cm gás, cd um em um bnh térmic de águ, cm mstrd n Fig. 18-28. A diferenç de ressã entre s dis bulbs é medid r um mnômetr de mercúri, cm mstrd. Reservtóris rrids, nã mstrds n figur, mntêm s vlumes ns dis bulbs cnstntes. Nã há diferenç de ressã qund s dis bnhs estã n nt tril d águ. A diferenç de ressã é 120 trr qund um bnh Fig. 18-28 Prblem 3. está n nt tril e utr está n nt de ebuliçã d águ. El é 90,0 trr qund um bnh está n nt tril d águ e utr está em um temertur descnhecid ser medid. Qul é temertur descnhecid? Seçã 18-5 As Escls Celsius e Fhrenheit 4 Em que temertur leitur d escl Fhrenheit é igul () dus vezes d escl Celsius e metde dquel n escl Celsius? 5 () Em 1964, temertur d vil de Oymykn n Sibéri tingiu -71 C. Que temertur é est n escl Fhrenheit? A mis lt temertur ficilmente registrd ns Estds Unids fi de 134 F n Vle d Mrte, Clifórni. Que temertur é est n escl Celsius? 0 6 Em um escl liner de temertur X, águ cngel -125,OX e evr 375,OX. Em um escl de temertur Y liner, águ cngel -70,00y e evr - 30,00 y' Um temertur de 50,00y crresnde que temertur n escl X? 0 7 Sunh que em um escl liner de temertur X águ evr - 53,5 X e cngel -170 X. Qunt vle um temertur de 340 K n escl X? (Arxime nt de ebuliçã d águ cm 373 K.) Seçã 18-6 Exnsã Térmic \s Um hste de um lig de lumíni tem um cmriment de 10,000 em 20,000 C e um cmriment de 10,015 em n nt de ebuliçã d águ. () Qul é cmriment d hste n nt de cngelment d águ? Qul é temertur se cmriment d hste é de 10,009 em? 9 Um fur circulr em um lc de lumíni tem um diâmetr de 2,725 cm O,OOO C.Qul é diâmetr d fur qund temertur d lc é umentd r 100,0 C? 10 Um mstr de lumíni tem 33 m de ltur. De qunt seu cmriment ument qund temertur ument de 15 CO? 11 Determine vriçã n vlume de um esfer de lumíni c um ri inicil de 10 em qund esfer é quecid de O,O Crz 100 C. 12 Qul é vlume de um bl de chumb 30,00 C se s _ vlume é 50,00 em' 60,00 C? 13 A 20 C, um cub de brnze tem um ld de 30 em, Qul é ument n áre d fce d cub qund ele é quecid de 20 C 75 C? 001\ A 20 C, um hste tem extmente 20,05 em de cmrimen linhd cm um régu de ç. Tnt hste cm régu sã clcds em um fm 270 C, nde hste mede gr 20,11 c n mesm régu. Qul é ceficiente de exnsã liner d mterl d qul hste é feit? 0 15 Um xícr de lumíni de 100 em' de ccidde está cmletmente chei cm glicerin 22 C. Qunt glicerin, se lgem, será derrmd se temertur d glicerin e d xícr su. r 28 C? (O ceficiente de exnsã vlumétric d glicerin _ 5,1 X 1O- 4 /C.) Qund temertur de um cilindr de metl é umentd O,O Cr 100 C, seu cmriment ument de 0,23%. () Determine ument ercentul n densidde. Qul é metl? Use Tbel 18-2. i7 Um hste de ç tem um diâmetr de 3,000 cm 25,00 C. c- nel de brnze tem um diâmetr intern de 2,992 em 25,00 C. E=: que temertur cmum nel se justrá à hste? OlS Qund temertur de um med de cbre é umentd r, 100 C", seu diâmetr ument em 0,18%. Cm recisã de dis - grisms significtivs, determine ument ercentul () n ' d fce, n esessur, (c) n vlume e (d) n densidde d med. (e) Clcule ceficiente de exnsã liner d med. 00''9 Um tub de vidr verticl de 1,28 m de cmriment e - semireenchid cm um líquid 20 e. De qunt ltur d lun d líquid irá vrir qund tub fr quecid r 30 C Cnsidere vidr = 1,0 X 1O- 5 /K e {3líquid = 4,0 X 1O- 5 /K. 0 20 Em um cert exeriment, um equen fnte rditi _ deve se mver cm velciddes selecinds extremmente b - xs. Este mviment é cnseg - d rendend-se fnte num e - tremidde de um hste de iuneni e quecend-se regiã ce - trl d hste de frm cntrl Se seçã quecid efetiv Fig. 18-29 Prblem 20. hste n Fig. 18-29 tem cm - ment d = 2,00 em, que tx, cnstnte temertur d hs: deve mudr r que fnte se mv cm um velcidde c - tnte de 100 nrnls? Cm resultd de um ument de temertur de 32 C", L---- um brr cm um rchdur n seu centr dbr r cim (Fig. 18-30). Se distânci fix L fr 3,77 m e ceficiente de exnsã liner d brr fr 25 X 1O- 6 /C, encntre ltur x que centr tinge. Fig. 18-30 Prblem 21.
Seçã 18-8 A Absrçã de Clr r Sólids e Líquids 22 Qunt águ ermnece n estd líquid ós 50,2 kj serem trnsferids sb frm de clr rtir de 260 g de águ inicilmente em seu nt de cngelment? 23 Um cert substânci tem um mss r ml de 50,0 g/ml. Qund 314 J sã dicinds sb frm de clr um mstr de 30,0 g, temertur d mstr sbe de 25,0 C r 45,0 C. Quis sã () clr esecífic e clr esecífic mlr d substânci? (c) Qunts mles estã resentes n mstr? 24 Um cert nutricinist encrj s esss fzerem um diet bebend águ cm gel. Su teri é de que cr deve queimr grdur suficiente r umentr temertur d águ de O,OO C r temertur d cr de 37,0 C. Qunts litrs de águ cm gel vcê deve beber r queimr 454 g (cerc de 11b) de grdur, sund que r queimr este tnt de grdur 3500 Cl devem ser trnsferids sb frm de clr r águ cm gel? Pr que nã é recmendável que se sig est diet? (Um litr = 10 3 em'. A densidde d águ é 1,00 g/cm") 25 Clcule menr quntidde de energi, em jules, necessári r fundir 130 g de rt inicilmente 15,0 C. 02 Que mss de mnteig, qul tem um energi útil de 6,0 Cl/ g (= 6000 cl/g), seri equivlente um vriçã de energi tencil grvitcinl de um hmem de 73,0 kg que sbe d nível d mr r t d Mnte Everest, num ltur de 8,84 km? Sunh que vlr médi de g n subid é de 9,80 m/s2. h Um equen quecedr elétric de imersã é usd r quecer 100 g de águ r um xícr de cfé instntâne. O quecedr tem esecificçã de "200 wtts" (ele cnverte energi elétric em energi térmic cm est tx). Clcule tem necessári r levr td est águ de 23,0 C r 100 C, ignrnd quisquer erds de clr. 28 Um mneir de se evitr que interir de um grgem cngele em um nite cm temertur bix d nt de cngelment d águ é clcr um tnel cm águ n grgem. Se mss d águ fr de 125 kg e su temertur inicil fr de 20 C, () que energi águ deve trnsferir r su circunvizinhnç r se cngelr cmletmente e qul é menr temertur ssível d águ e d seu mbiente té que iss crr? 0 29 Versã nã-métric: Qunt tem lev um quecedr de águ de 2,0 X 10 5 Btu/h r elevr temertur de 40 gl de águ de 70 F r 100 F? Versã métric: Qunt tem lev um quecedr de águ de 59 kw r elevr temertur de 150 L de águ de 21 C r 38 C? j Um vs de cbre de 150 g cntém 220 g de águ e estã mbs 20,0 C. Um cilindr de cbre de 300 g muit quente é jgd dentr d águ, fzend águ ferver e trnsfrmnd 5,0 g del em vr. A temertur finl d sistem é de 100 C. Desreze trnsferênci de energi r mbiente. () Qunt energi (em clris) é trnsferid r águ sb frm de clr? Qunt energi é trnsferid r vs? (c) Qul é temertur riginl d cilindr? Que mss de vr 100 C deve ser misturd cm 150 g de gel n nt de fusã, em um reciiente termicmente isld, r rduzir águ 50 C? 0 3'2 Um mstr de 0,400 kg é clcd em um rt de resfriment que remve energi sb frm de clr cm um tx cnstnte. A Fig. 18-31 frnece temertur T d mstr em funçã d tem t; mstr cngel durnte tem de remçã de energi. O clr esecífic d mstr em seu estd líquid inicil é 3000 J/kg. K. Quis sã () clr de fusã d mstr e seu clr esecífic n fse cngeld? 300 g 270 f... 250 < " -, 1'\ 1'\ 4Q 80 t(min) Fig. 18-31 Prblem 32. 3Em um quecedr slr de águ, energi d Sl é bsrvid el águ que circul trvés de tubs em um cletr de tet. A rdiçã slr enetr n cletr trvés de um cbertur trnsrente e quece águ ns tubs; ess águ é entã bmbed r um tnque de rmzenment. Sunh que eficiênci de td sistem sej de 20% (u sej, 80% d energi slr incidente é erdid). Que áre d cletr é necessári r umentr temertur de 200 L de águ n tnque de 20 C r 40 C em 1,0 h qund intensidde de luz slr incidente é de 700 W/m 2? 34 Dus mstrs A e B estã em diferentes temerturs iniciis qund sã clcds em cntt em um reciiente termicmente isld té que tinjm equilíbri térmic. A Fig. 18-32 frnece sus temerturs T em funçã d tem t. A mstr A tem um mss de 5,0 kg; mstr B tem um mss de 1,5 kg. A Fig. 18-32b é um gráfic gerl r mteril d mstr B. Ele mstr vriçã de temertur 1T que mteril sfre qund r mesm é trnsferid energi cm clr Q. A vriçã 1T é mstrd em funçã d energi Q r unidde de mss d mteril. Qul é clr esecífic d mstr A? 100 4.----.-.,.----,--. \ Y '-....-,". B 6e... 60 S2f---+-+-+---l f... <l 10 t (min) () 20 8 16 Q/m (kl /kg) Fig. 18-32 Prblem 34. 35 O álcl etílic tem um nt de ebuliçã de 78,0 C, um nt de cngelment de -114 C, um clr de vrizçã de 879 kj/ kg, um clr de fusã de 109 kj/kg e um clr esecífic de 2,43 kj/ kg. K. Qunt energi deve ser remvid de 0,510 kg de álcl etílic que está inicilmente n frm de gás 78,O C r que ele se tme um sólid -114 C? 36 Um mstr de 0,530 kg de águ e um mstr de gel sã clcds em um reciiente termicmente isld. O reciiente tmbém cntém um dissitiv que trnsfere clr d águ r gel num tx cnstnte P, té que equilíbri térmic sej estbelecid. As temerturs T d águ e d gel sã dds n Fig. 18-33 cm funções d tem t. () Qul é tx P? Qul é mss inicil de gel n reciiente? (c) Qund equilíbri térruic é tingid, qul é mss de gel rduzid neste rcess?
40 <,r-,<, 20-20....-.,. r-,....- 20 40 60 (rnin) Fig. 18-33 Prblem 36. 0 37 Um ess fz um quntidde de chá cm gel misturnd 500 g de chá quente (essencilmente águ) cm um mss igul de gel em seu nt de fusã. Sunh que trc de energi entre mistur e seu mbiente sej desrezível. Se temertur inicil d chá é Ti = 90 C, qund equilíbri térmic é tingid quis sã () temertur d mistur TJe mss mjd gel restnte? Se Ti = 70 C, qund equilíbri térmic é tingid, quis sã (c) TJe (d) m/ 0 38 \'01 c r esec ífid lco e um substâ stnci.. vn cm temertur de crd cm c = 0,20 + 0,14T + 0,023:f2, cm Tem C e c em cl/g. K. Determine energi necessári r umentr temertur de 2,0 g dest substânci de 5,0 C r 15 C. 0 39 () Dis cubs de gel de 50 g sã jgds em 200 g de águ em um reciiente termicmente isld. Se águ está inicilmente 25 C e gel vem diret de um freezer -15 C, qul é temertur finl n equilíbri térmic? Qul é temertur finl se fr usd ens um cub de gel? l Um grrf térmic isld cntém l30 em' de cfé quente 80,0 C. Vcê dicin um cub de gel de 12,0 g em seu nt de fusã r esfrir cfé. De qunts grus seu cfé esfriu ós gel ter derretid? Trte cfé cm se ele fsse águ ur e desreze trcs de energi cm mbiente. 00 41 Um nel de cbre de 20,0 g O,OOO Ctem um diâmetr intern D = 2,54000 em. Um esfer de lumíni 100,0 C tem um diâmetr d = 2,54508 em. A esfer é clcd n t d nel (Fig. 18-34) té que s dis tinjm equilíbri térmic, sem erd de clr r mbiente. A esfer se just extmente nel n temertur d equilíbri. Qul é mss d esfer? Fig. 18-34 Prblem 41. Seçã 18-11 Alguns Css Eseciis d Primeir Lei d Termdinâmic 42 Um sistem terrndinâmic é levd de um estd A r um estd B, de B r um estd C e entã de vlt r A, cm mstrd n digrm-v d Fig. 18-35. ()-(g) Cmlete tbel n Fig. 18-35b inserind um sinl sitiv, um sinl negtiv u zer em cd célul indicd. (h) Qul é trblh líquid relizd el sistem qund ele cmlet um cicl ABCA? 80 40 ee 30.'" 20... c. () 10 i 1/ V 1,0 2,0 3,0 4,0 Vlume (m 3 ) Fig. 18-35 Prblem 42. 43 Um mstr de gás se exnde de 1,0 m 3 4,0 m 3 enqunt su ressã decresce de 40 P r 10 P. Que trblh é relizd el gás se su ressã vri cm vlume trvés () d trjetóri A, d trjetóri B e (c) d trjetóri C n Fig. 18-36? 44 Sunh que um trblh de 200 J é relizd sbre um sistem e que um quntidde de 70,0 cl é retird d sistem cm clr. De crd cm rimeir lei d termdinâmic, quis sã s vlres (incluind s sinis) de () W, Q e (c) Min'? 45 Um gás em um câmr fechd ss el cicl mstrd n digrm-v d Fig. 18-37. Clcule energi líquid dicind sistem sb frm de clr durnte um cicl cmlet. 46 Um mstr de gás é levd trvés d cicl bc mstrd n digrm-v d Fig. 18-38. O trblh líquid relizd é + 1,2 J. A lng d trjetóri b, vriçã n energi intern é + 3,0 J e módul d trblh relizd é 5,0 J. A lng d trjetóri c, energi trnsferid r gás cm clr é +2,5 J. Que clr é trnsferid lng () d trjetóri b e d trjetóri bc? 47 A Fig. 18-39 mstr um cicl fechd r um gás ( figur nã fi feit em escl). A vriçã n energi intern d gás qund ele se mve de r c lng d trjetóri bc é -200 J. Qund ele se mve de c r d; 180 J recism ser trnsferids r ele cm clr. É necessári um trnsferênci de clr dicinl de 80 J qund ele se mve de d r. Que trblh é relizd sbre gás qund ele se mve de c r d? Q W ÃEint -,--- A-8 () + B-C + (c) (d) 40 í? 30 'ljl '" 20 10 1"- C A.'" 1,0 2,0 3,0 4,0 Vlume (m 3 ) Fig. 18-36 Prblem 43. 40 <N E 30.g 20 10 C 1 V "'"... v l 1,0 2,0 3,0 4,0 Vlume (m 3 ) Fig. 18-37 Prblem 45. /, c '--------v Fig. 18-38 Prblem 46. :él ----------v Fig. 18-39 Prblem 47. 1
48 Um gás em um câmr ss el cicl mstrd n Fig. 18-40. Determine energi trnsferid el sistem cm clr durnte rcess CA se energi dicind cm clr QAB durnte rcess AB fr de 20,0 J, nenhum energi fr trnsferid cm clr durnte rcess BC, e trblh líquid relizd durnte cicl fr de 15,0 J. 49 Qund um sistem é levd d estd i r estd! lng d trjetóri i! n Fig. 18-41, Q = 50 cl e W = 20 cl. A lng d trjetóri ibf, Q = 36 cl. () Qunt vle W lng d trjetóri ibf? Se W = - 13 cl r trjetóri de vltfi, qunt vle Q r est trjetóri? (c) Se Einl,i= 10 cl, qunt vle Eint/?Se Eint. b = 22 cl, qunt vle Q r (d) trjetóri ib e (e) trjetóri bf? "".., -ct; Seçã 18-12 Mecnisms de Trnsferênci B Vlume Fig. 18-40 Prblem 48. J P:'1. b Vlume Fig. 18-41 Prblem 49. de Clr 50 O tet d residênci de um fmíli em um clim fri deve ter um resistênci térmic R de 30. Pr frnecer tl islment, qul deveri ser esessur de um revestiment de () esum de liuretn e de rt? 51 Cnsidere lc mstrd n Fig. 18-18. Sunh que L = 25,0 em, A = 90,0 em' e que mteril é cbre. Se T Q = 125 C, T F = 1O,0 Ce um estd estcinári é tingid, encntre tx de cnduçã térmic trvés d lc. 52 Se vcê ssesse brevemente n esç lnge d Sl sem um ru dequd (cm fez um strnut n filme 2001 - Um Odisséi n Esç), vcê sentiri fri d esç - enqunt irrdisse energi, vcê bsrveri quse nd de seu mbiente. () A que tx vcê erderi energi? Qunt energi vcê erderi em 30 s? Sunh que su emissividde é 0,90 e estime utrs dds necessáris r s cálculs. 53 Um hste cilíndric de cbre de 1,2 m de cmriment e áre de seçã trnsversl 4,8 em? é isld e nã erde energi trvés de su suerfície. As extremiddes sã mntids n diferenç de temertur de 100 COr estr um dels num mistur de águ e gel e utr em um mistur de águ e vr n nt de ebuliçã. () A que tx energi é cnduzid trvés d hste? A que tx gel derrete n extremidde livre? 54 Um esfer de ri 0,500 m, temertur 27,0 C e emissividde 0,85 está lclizd em um mbiente de temertur 77,O e. A que tx esfer () emite e bsrve rdiçã térmic? (c) Qul é tx líquid de trc de energi d esfer? "55 N Fig. 18-42, dus lcs retngulres de metl idêntics estã slddsextremidde cm extremidde,cm um temertur T = O C n ld esquerd e um temertur T 2 = 100 C n ld direit. Em 2,0 min, 10 J iili sã cnduzids um tx cnstnte d ld direit r ld esquerd. Que tem seri necessári r cnduçã ds 10 J se s lcs estivessem sldds fce fce cm n Fig. 18-42b? 56 Um cilindr sólid de ri ri = 2,5 em, cmriment h, = 5,0 em, emissi- T 1) () Fig. 18-42 Prblem 55. vidde 0,850 e temertur 30 C está susens em um mbiente de temertur 50 e. () Qul é tx líquid P de trnsferênci de rdiçã térmic d cilindr? Se cilindr fr esticd té que seu ri sej r 2 = 0,50 em, su tx líquid de trnsferênci de rdiçã térmic tm-se P 2. Qul é rzã P/P? 57 () Qul é tx de erd de energi em wtts r metr qudrd trvés de um jnel de vidr de 3,0 mm de esessur se temertur extern é - 20 F e temertur intern é +nof? Um jnel r temestde é rerd cm um vidr de mesm esessur instld rlel rimeir cm um esçment de r entre eles de 7,5 cm. Qul é gr tx de erd de energi se cnduçã fr únic mecnism de erd de energi? "58 A Fig. 18-43 mstr seçã trnsversl de um rede feit de três cmds. As esessurs ds cmds sã L' Lz = 0,700L, e L; = 0,350L,. As cndutividdes térmics sã k, kz = 0,900k, e k:, = 0,800k,. As temerturs ns lds esquerd e direit d rede sã 30,0 C e -15,0 C, resectivmente. A cnduçã térmic trvés d rede tingiu estd estciná- 30 C -15 C ri. () Qul é diferenç de temertur 6.T 2 trvés d cmd 2 (entre s lds esquerd e direit d cmd)? Se, em vez diss, kz Fig. 18-43 Prblem 58. fsse igul 1,lk), tx de cnduçã de energi trvés d rede seri mir, menr u mesm d item nterir e (c) qul seri vlr de 6.T 2? 59 A Fig. 18-44 mstr (em seçã trnsversl) um rede cmst de qutr cmds, cm cndutividdes térmics k, = 0,060 W/m. K, k:, = 0,040 W/m. K e k, = 0,12 W/m. K (kz nã é cnhecid). As esessurs ds cmds sã L = 1,5em, = 2,8 em e L4 = 3,5 em (Lz nã é cnhecid). A trnsferênci de energi trvés d rede é estcinári. Qul é temertur d interfce entre s cmds 3 e 4? Fig. 18-44 Prblem 59. 60 Frmu-se gel em um tnque rs e um estd estcinári fi tingid, cm r cim d gel -5,0 C e fund d tnque 4,0 C. Se rfundidde ttl d gel + águ é 1,4 m, qul esessur d gel? (Sunh que s cndutividdes térmics d gel e d águ sã 0,40 e 0,12 cl/m. CO. s, resectivmente.) 61 Um reservtóri de águ r livre em um di fri tem um cmd de gel de 5,0 em de esessur frmd n suerfície (Fig. 18-45). O r cim d gel está -10 C. Clcule tx de frmçã de gel (em centímetrs r hr) dess cmd. Tme cndutividde térmic d gel cm 0,0040 cl/em- CO. s e su densidde cm 0,92 g/ em", Sunh que nã há trns- Fig. 18-45 Prblem 61.
ferênci de energi nem trvés ds redes nem trvés d fund d tnque. Prblems Adicinis 62 N extrçã de chclte fri de um tub, um êmbl que emurr chclte trvés d tub reliz trblh. O trblh r unidde de mss de chclte extríd é igul /, nde é diferenç entre ressã licd e ressã nde chclte emerge d tub e é densidde d chclte. Em vez de umentr temertur, este trblh derrete s grdurs d ccu n chclte. Esss grdurs têm um clr de fusã de 150 kjlkg. Sunh que td trblh é utilizd r derreter s grdurs que cnstituem 30% d mss d chclte. Que ercentgem ds grdurs derretem durnte extrçã se = 5,5 MP e = 1200 kg/m"? 63 O digrm - V n Fig. 18-46 mstr dus trjetóris lng ds quis um mstr de gás de ser levd d estd r estd b. A trjetóri 1 requer que um energi igul 5,O, V sej trnsferid rtir d gás cm clr. A trjetóri 2 requer que um energi igul 5,5, V sej trnsferid r gás cm clr. Qul é rzãl,? 64Um cub sólid de lumíni de 20 Fig. 18-46 Prblem 63. em de ld flutu em mercúri cm um fce rlel à suerfície. Qul será ltur d nível de mercúri n ld d cub qund temertur ument de 270 320 K? (O ceficiente de exnsã vlumétric r mercúri é 1,8 X 1O-4/K.) 65 A Eq. 18-9 (M = l: 1T,cm L send interretd cm cmriment inicil em qulquer rcess dd) é ens um rximçã r um vriçã n cmriment devid um vriçã de temertur. Vms vlir rximçã. Sunh que 20,000 00 kj sã trnsferids cm clr um hste de cbre de 0,400 000 kg cm um cmriment inicil L = 3,000000 m. Sunh que = 17 X 1O-6/Cé vlr ext d ceficiente de exnsã liner d cbre e 386 Jlkg. K é vlr ext d clr esecífic d cbre. De crd cm Eq. 18-9, quis sã () ument n cmriment d hste e nv cmriment? A seguir, mesm quntidde de energi é trnsferid cm clr rtir d hste (de md que hste retm seu estd inicil). De crd cm Eq. 18-9, quis sã (c) decréscim n cmriment d hste e (d) nv cmriment? (e) Qul é diferenç entre cmriment inicil e resst de (d)? 66Em um série de exeriments, um blc B deve ser clcd em um reciiente termicmente isld em cntt cm um blc A, qul tem mesm mss d blc B. Em cd exeriment, blc B está inicilmente um cert temertur T B, ms temertur d blc A vri de exeriment r exeriment. Sunh que T, reresent temertur [ml ds dis blcs qund eles tingem equilíbri térmic em qulquer ds exeriments. A Fig. 18-47 400 300 g 200 h... 100.-,,-,,-- P2 P 1.-...- 100 200 300 TA (K) Fig. 18-47 Prblem 66. '----'-----'--- - 400 500 b V frnece temertur T,em funçã d temertur TA r um cert intervl de vlres ssíveis r TA' Quis sã () temertur T B e rzã cjc A entre s clres esecífics ds blcs? 67 Um recrut de entrr r clube "300 F" semi-secret n Estçã Plr Amundsen-Sctt n Pól Sul ens qund temertur exterir ficr bix de -70 C. Em um di cm este, recrut inicilmente é exst um sun quente e deis crre r livre usnd ens sts. (st, evidentemente, é muit erigs, ms rit é efetivmente um rtest cntr erig cnstnte d fri durnte invern n Pól Sul.) Sunh que, sir d sun, temertur d ele d recrut sej 102 F e que s redes, tet e is d sun tenhm um temertur de 30 C. Estime áre d suerfície d recrut e tme emissividde de su ele cm 0,80. () Qul é rximdmente tx líquid P fq cm qul recrut erde energi r mei d trc de rdiçã térmic cm mbiente? Em seguid, sunh que. r livre, metde d áre d suerfície d recrut trc energi térmic cm céu n temertur de -25 C e utr metde trc rdiçã térmic cm neve e chã n temertur de - 80 C. Qul é rximdmente tx líquid cm qul recrut erde energi r mei d trc de rdiçã térmic cm céu e (c) neve e chã? 68Um mstr de 0,300 kg é clcd em um dissitiv de resfriment que remve energi sb frm de clr um tx cnstnte de 2,81 W. G' A Fig. 18-48 frnece temertur T d mstr em funçã d tem t. Qul h 10f-----+---l é clr esecífic d mstr? 10 t(min) Fig. 18-48 Prblem 68. 69 () A temertur d suerfície d Sl é cerc de 6000 K. Exresse est temertur n escl Fhrenheit. Exresse temertur nrml d cr humn, 98,6 F, n escl Celsius. (c) Ns Estds Unids, temertur mis bix ficilmente registrd fi de -70 F em Rgers Ps. Mntn. Exresse est temertur n escl Celsius. (d) Exresse nt de ebuliçã nrml d xigêni, -183 C, n escl Fhrenheit. 70 De qunt vlume de um cub de lumíni cm 5,00 em de ld ument qund cub é quecid de 1O,0 C té 60,0 C? 71 Clcule clr esecífic de um metl rtir ds dds seguir. Um reciiente feit d metl tem um mss de 3,6 kg e cntém 14 kg de águ. Um edç de 1,8 kg d metl, inicilmente n temertur de 180 C é jgd n águ. O reciiente e águ têm inicilmente um temertur de 16,0 C e temertur finl de td sistem é 18,0 C. A 40 72 Um mstr de gás se exnde de 1,0 m 3 r 4,0 m 3 lng d trjetóri B d digrm - V d Fig. 18-49. Ele é, entã, cmrimid de vlt r 1,0 m" lng u d trjetóri A u d trjetóri C. Clcule trblh líquid relizd el gás r cicl cmlet lng () d trjetóri BA e d trjetóri BC. 30. 20 e, 10 73 Um tlet recis erder es e Fig. 18-49 Prblem 72. decide fzer iss "levntnd ferr". () Qunts vezes um es cm mss de 80,0 kg deve ser erguid de 1,0 m r queimr 1,00 lb de grdur, sund que est quntidde de grdur é equivlente 3500 Cl? Se es fr erguid um vez cd 2,00 s, qunt irá durr est tref?., C -,j 1 1,0 2,0 3,0 4,0 Vlume (m 3 )
74 Um hste de cbre, um hste de lumíni e um hste de brnze, cd um de 6,00 m de cmriment e 1,00 em de diâmetr, sã sts em cntt extremidde cm extremidde, cm hste de lumíni entre s utrs dus. A extremidde livre d hste de cbre é mntid n nt de ebuliçã d águ e extremidde livre d hste de brnze é mntid n nt de cngelment d águ. Qul é temertur de estd estcinári () d junçã cbre-lumíni e d junçã lumíni-brnze? 75 Lg ós Terr ter se frmd, clr liberd el deciment de elements rditivs umentu temertur intern médi de 300 r 3000 K, em trn d qul el ermnece ind hje. Sund que ceficiente de exnsã vlumétric médi é de 3,0 X 10-5 K-', de qunt ri d lnet umentu desde que fi frmd? 76 cebergs n Atlântic Nrte reresentm um meç r nvis, umentnd ercurs ds rts em trn de 30% durnte temrd de icebergs. As tenttivs de se destruir icebergs incluem imlntçã de exlsivs, bmbrdei, tredement, rtilhri, bte-estcs e recbriment cm fuligem. Sunh que fusã diret de um iceberg, trvés d instlçã de fntes de clr, sej tentd. Que quntidde de energi sb frm de clr seri necessári r derreter 10% de um iceberg que tem um mss de 200000 tnelds cúbics? (Use 1 tn métric = 1000 kg.) 77 Um mstr de gás sfre um trnsiçã de um estd inicil r um estd fml b r três diferentes trjetóris (rcesss), cm mstr digrm - V d Fig. 18-50. A energi trnsferid r gás cm clr n rcess 1 é loy;. Em terms de y;, quis sã () energi trnsferid r gás cm clr n rcess 2 e vriçã n energi intern que gás sfre n rcess 3? 3;l2 1--1--1--1--1-7'if---1 ;l2 1--f""!'-1--1--f---1f---1 Vi 5V; Vlume Fig. 18-50 Prblem 77. 78 A tx médi cm qul energi é liberd r fr trvés d suerfície d sl n Améric d Nrte é 54,0 mw/m 2, e cndutividde térmic médi ds rchs róxims d suerfície é 2,50 W 1m. K. Sund que temertur d suerfície é de 10,0 C, encntre temertur em um rfundidde de 35,0 km (róxim d bse d crst). gnre clr gerd el resenç de elements rditivs. 79 A temertur de um disc de Pyrex vri de 1O,O C r 60,0 C. Seu ri inicil é 8,00 em; su esessur inicil é 0,500 cm. Tme esses dds cm exts. Qul é vriçã n vlume d disc? (Vej Tbel 18-2.) 80 Em cert cs slr, energi rveniente d Sl é rmzend em brris reenchids cm águ. Em um seqüênci rticulr de cinc dis nublds durnte invern, 1,00 X 10 6 kcl sã necessáris r mnter interir d cs 22,0 C. Sund que águ ns brris está 50,0 C e que águ tem um densidde de 1,00 X 10 3 kg/m", que vlume de águ é necessári? 81 Um mstr de gás se exnde de um ressã inicil de 10 P e um vlume inicil de 1,0 m 3 r um vlume finl de 2,0 m'. Durnte exnsã, ressã e vlume estã relcinds el equçã = V2,nde = 10 Nzm", Determine trblh relizd el gás durnte est exnsã. 82 A Fig. 18-51 mstr um cicl fechd r um gás. De c r b, 40 J sã trnsferids rtir d gás cm clr. De b r, 130 J sã trnsferids rtir d gás cm clr e módul d trblh relizd el gás é 80 J. De r c, 400 J sã trnsferids r gás cm clr. Qul é trblh relizd el gás de r c? '----------v Fig. 18-51 Prblem 82. (Sugestã: Vcê deve levr em cnsiderçã s sinis sitiv e negtiv r s dds frnecids.) 83 A Fig. 18-52 mstr um cicl fechd r um gás. A vriçã n energi intern lng d trjetóri c é -160 J. A energi trnsferid r gás cm clr é 200 J lng d trjetóri b e 40 J lng d trjetóri bc. Que trblh é relizd el gás lng () d trjetóri bc e d trjetóri b? 84 Um hste de ç tem um cmriment ext de 20 em 30 C. O quã mis cmrid Fig. 18-52 Prblem 83. el fic 50 C? 85 Um bjet de mss 6,0 kg ci de um ltur de 50,0 m e, trvés de um engenh mecânic, fz girr um rd d' águ que mve 0,600 kg de águ. Sunh que energi tencil grvitcinl inicil d bjet sej cmletmente trnsferid r energi térmic d águ, qul está inicilmente 15,0 C. Qul é ument de temertur d águ? 86 () Determine tx cm qul clr d cr é cnduzid trvés d ru de um esquidr em um rcess de estd estcinári, rtir ds seguintes dds: áre d suerfície d cr é 1,8 m 2 e ru tem 1,0 em de esessur; temertur d suerfície d ele é 33 C e suerfície extern d ru está 1,0 C; cndutividde térmic d ru é 0,040 W/m. K. Se, ós um qued, ru ficr enchrcd cm águ de cndutividde térmic 0,60 W/m. K, r qunt tx de cnduçã é multilicd? 87 Um cub de ld 6,0 X 10-6 m, emissividde 0,75 e temertur -100 C flutu em um mbiente -150 C. Qul é tx líquid de trnsferênci de rdiçã térmic d cub? 88 Um vidrç tem extmente 20 em r 30 em 10 C. De qunt ument su áre qund su temertur ss ser 40 C, sund que el de se exndir livremente? 89 Um mstr de lumíni de 2,50 kg é quecid té 92,O C e entã mergulhd em 8,00 kg de águ 5,00 C. Sund que sistem mstr-águ está termicmente isld, qul é temertur de equilíbri d sistem? 90 A Fig. 18-53 mstr um cilindr cntend gás, fechd r um istm móvel. O cilindr é mntid submers em um mistur de () Fig. 18-53 Prblem 90. ' b '-------v V2 Vlume níci
gel cm águ. O istm é emurrd r bix ridmente d siçã 1 r siçã 2 e entã mntid n siçã 2 té que gás estej nvmente n temertur d mistur gel-águ; em seguid, ele é erguid lentmente de vlt r siçã 1. A Fig. 18-53b é um digrm - V r rcess. Se 100 g de gel sã derretids durnte cicl, que trblh fi relizd sbre gás? 91 Um grnde tnque de águ cilíndric cm diâmetr d bse de 1,7 m é feit de ferr cm esessur de 5,2 mm. A águ n tnque é quecid rtir d fund r um quecedr cz de mnter um diferenç de temertur de 2,3 C entre s suerfícies de cim e de bix d lc de ferr d fund d tnque. Que energi 6 trnsmitid trvés dest lc em 5,0 min? 92 Um hste de ç 25 C é rfusd ns dus extremiddes e entã resfrid. Em que temertur el irá se rmer? Use Tbel 12-l. 93 A temertur de um cub de gel de 0,700 kg é reduzid té -150 e. Entã, energi é trnsferid r cub sb frm de clr enqunt ele está termicmente isld de seu mbiente. A trnsferênci ttl é de 0,6993 MJ. Sunh que vlr de c ge10 frnecid n Tbel 18-3 é válid r temerturs de -150 C O e. Qul é temertur finl d águ? 94 Sunh que vcê intercete 5,0 X 10-3 d energi irrdid r um esfer quente que tem um ri de 0,020 m, um emissividde de 0,80 e um temertur de suerfície de 500 K. Qunt energi vcê intercet em 2,0 min? 95 () Qul é ceficiente de exnsã liner d lumíni r gru Fhrenheit? Use su resst em () r clculr vriçã n cmriment de um hste de lunúni de 6,0 m se el fr quecid de 40 F r 95 F. 96 A cndutividde térmic d vidr Pyrex n temertur de O C é 2,9 X 10-3 cl/em. CO. s. Exresse est quntidde em () W/m. K e Btu/é. FO. h. (c) Usnd seu resultd em (), encntre vlr d resistênci térmic R r um lâmin de Pyrex de 6,4 mm de esessur. 97 Um lc retngulr de vidr tem inicilmente s dimensões 0,200 m r 0,300 m. O ceficiente de exnsã liner r vidr é 9,00 X 1O- 6 /K. Qul é vriçã n áre d lc se su temertur ument em 20,0 K? 98 Um termômetr de mss 0,0550 kg e clr esecífic de 0,837 kl/kg Kindic 15,0 e. Ele entã é cmletmente imers em 0,300 kg de águ e tinge mesm temertur finl d águ. Se termômetr entã indic 44,4 C, qul er temertur d águ ntes d inserçã d termômetr? 99 Um reresentçã idelizd d temertur d r cm funçã d distânci rtir de um vidrç em um di clm está mstrd n Fig. 18-54. As dimensões d jnel sã 60 em X 60 em X 0,5 em, Sunh que energi é cnduzid lng de um cminh erendiculr à j nel, r nts 8,0 em em cd ld d jnel.. () A que tx energi é cnduzid trvés d jnel? (Sugestã: A qued de temertur trvés d jnel é muit equen.) (b Estime diferenç de temertur entre s suerfícies intern e extern d vidr. +5.0 -+--l----.:'--l---+---... Q) c, -10L-L----------- 8,0 4,0 O 4,0 8,0 Distânci (em) Fig. 18-54 Prblem 99. 100 Três hstes retilines de mesm cmriment, de lumíni, nv e ç, tds 20,0 C, frmm um triângul equiláter cm ins de dbrdiç ns vértices. Em que temertur ângul st ::. hste de nvr será de 59,95? Vej Aêndice E r fórmuls trignmétrics necessáris e Tbel 18-2 r s dds necessáris. 101 É ssível fundir um blc de gel esfregnd- em utr blc de gel. Que trblh, em jules, vcê teri que relizr r derreter 1,00 g de gel? 102 Um clrímetr de escment é um dissitiv usd r medir clr esecífic de um líquid. A energi é dicind cm clr um tx cnhecid r um crrente d líquid qund el ss trvés d clrímetr cm um vzã cnhecid. Um medid d diferenç de temertur resultnte entre s nts de entrd e de síd d escment ermite determinçã d clr esecífic d líquid. Sunh que um líquid de densidde 0,8'= g/cm' esc trvés de um clrímetr cm um vzã de 8,0 cm 3! Qund energi é dicind um tx de 250 W r mei de um quecedr elétric, um diferenç de temertur de 15C é estbelecid em cndições de estd estcinári entre s nts de entrd e de síd d escment. Qul é clr esecífic d líquid?