UEMS/Física Mec. dos fluidos e calor Lista 3 - Calor e 1ª Lei da termodinâmica
1. Um pequeno aquecedor de imersão é usado para
ferver 100 g de água para uma xícara de café instantâneo. No aquecedor está escrito 200 W, o
que signica que ele converte energia elétrica em
calor nesta taxa. Calcule o tempo necessário para
levar a água desde 23ºC até o ponto de ebulição,
ignorando todas as possíveis perdas de calor.
2. Um estudante faz uma refeição de 2.000 calorias (em alimentos), e quer fazer uma quantidade
equivalente de trabalho, no ginásio, ao levantar um
peso cuja massa chega a 50 kg. Quantas vezes deverá praticar este exercício para dissipar uma quantidade equivalente de energia? Admitir que, em
cada elevação, o peso sobe 2 m, e que não há trabalho durante a descida até o piso. [8, 54·103 vezes ]
3. Calcule o calor especíco de um metal a partir dos
seguintes dados. Um recipiente feito de metal tem
massa de 3,6 kg e contém 14 kg de água. Uma
peça de 1,8 kg deste metal, inicialmente a 180ºC,
é colocada dentro da água. O recipiente e a água
tinham inicialmente a temperatura de 16ºC e ao
nal do processo 18ºC.
4.
5.
(a) Um
lingote metálico, de 0,05 kg, foi aquecido
a 200ºC e depois lançado num vaso contendo 0,4
kg de água, inicialmente a 20ºC. Se a temperatura
nal do sistema for 22,4ºC, achar o calor especíco
do metal do lingote. (b) Qual a quantidade de calor
total transferida para a água, no resfriamento do
lingote? [(a)453 J/kg.ºC;(b)4.020 J ]
Dois cubos de gelo de 50 g são colocados num
vidro contendo 200 g de água. Se a água estava
inicialmente à temperatura de 25ºC e se o gelo veio
diretamente do freezer a -15ºC, qual será a temperatura nal do sistema quando a água e o gelo
atingirem a mesma temperatura? (b) Supondo
que somente um cubo de gelo foi utilizado em (a),
qual a temperatura nal do sistema? Ignore a capacidade térmica do vidro.
(a)
6. Qual a massa de vapor de água, inicialmente a
130ºC, necessária para aquecer 200 g de água, num
balão de vidro de 100 g, de 20ºC para 50ºC?
7. Uma amostra de gás se expande a partir de uma
pressão e um volume iniciais de 100 Pa e 1 m3 para
um volume nal de 2 m3 . Durante a expansão, a
pressão e o volume são obtidos pela equação P =
aV 2 , onde a = 10 N/m8 . Determine o trabalho
realizado pelo gás durante a expansão.
8. Calcular o trabalho efetuado por 1 mol de gás ideal
que, mantido a 0ºC, se expande de 3 L até 10 L.
[2, 73 · 103 J ]
9. Um grama de água ocupa o volume de 1 cm3 , a
pressão atmosférica normal. Quando esssa quantidade de água é vaporizada, na mesma pressão,
se transforma em 1.671 cm3 de vapor. Calcular a
variação de energia interna nesse processo de vaporização. [2.091 J ]
10. Um cilindro contém 3 moles de hélio à temperatura de 300 K. (a) Que quantidade de calor deve
ser transferida ao gás a m de elevar sua temperatura a 500 K, se o gás for aquecido a volume constante? (b) Que quantidade de calor
deve ser transferida para o gás, à pressão constante, para elevar sua temperatura até 500 K? (c)
Que trabalho o gás efetua no processo isobárico?
[(a) 7, 50 · 103 J; (b) 12, 5 · 103 J; (c) 5, 00 · 103 J ]
11. O ar, no cilindro de um motor diesel, inicialmente
a 20ºC, é comprimido a uma pressão inicial de
1 atm e volume de 800 cm3 , até um volume de
60 cm3 . Admitindo que o ar se comporte como
um gás ideal (γ = 1, 40) e que a compressão seja
adiabática, achar a pressão e a temperatura nais.
[37,6 atm; 553ºC ]
12. Um sistema constituído por 0,32 mol de um gás
ideal monoatômico, com Cv = 23 RT , ocupa um
volume de 2,2 L a 2,4 atm de pressão. Essa situação corresponde ao ponto A na gura. O sistema
efetua um ciclo que consiste em três processos: (1)
O gás é aquecido a pressão constante até alcançar
o volume de 4,4 L, correspondente ao ponto B; (2)
O gás é resfriado a volume constante até que a
pressão se reduza a 1,2 atm (ponto C); (3) O gás
sofre uma compressão isotérmica até retornar ao
ponto A.
(a) Quais as temperaturas correspondentes aos
pontos A, B e C?
(b) Calcule W, Q e ∆U para cada processo e para
o ciclo inteiro.