Termodinâmica e Estrutura da Matéria
LEBM, LMAC, LCI, LEGM, LEMAT, LEAN
1º Semestre 2006/2007
2ª Série de problemas
1. Um recipiente metálico com a
massa de 4 Kg contém 14 Kg de
água, estando em equilíbrio a 15ºC.
Introduz-se na água um bloco do
mesmo metal, com 2 kg, inicialmente
a 160ºC. Quando se re-estabelece o
equilíbrio, o conjunto está a 18ºC.
Calcule o calor específico do metal.
2. Dois cubos de gelo com 0.040 Kg
cada são colocados dentro de um
copo com 0.150 Kg de água,
inicialmente a 20ºC. O gelo foi retirado
de um congelador regulado para –3º
C.
a)
Qual a temperatura final,
quando se atinge o equilíbrio?
b)
Calcule a temperatura final se
em vez de gelo misturar igual massa
de água a 1ºC.
Tenha em conta que o calor específico da água é
4186 J/KgºC, o do gelo é 2093 J/KgºC, e que o
calor latente de fusão do gelo é de 0.335 J/Kg.
3. Um cowboy dispara uma bala de chumbo, que fica cravada numa parede de
madeira. A velocidade da bala imediatamente antes do impacto é de 200 ms-1.
Admitindo que toda a energia é usada para aquecer a bala, calcule a
temperatura final da mesma (admita que o valor inicial é de 20ºC). FAça o
mesmo cálculo para uma bala de prata. Calor específico do chumbo: 128
J/KgºC; Calor específico da prata: 234 J/KgºC;
4. Para aquecer 0.2 Kg de água desde 20ºC a 50ºC junta-se-lhe vapor de água
inicialmente a 130ºC. A água está contida num recipiente de vidro (c=837
J/Kg/ºC) com 0.10 Kg. Que massa de vapor de água é necessária?
Alimento
Unidade
Peso (g)
Calorias
Açúcar
uma colher sopa
25
100
Batata frita
20 palitos
200
350
Bife frito
uma
130
330
Refrigerante
um copo médio
200
108
Laranja
uma
100
43
5. Um candidato a modelo tenta fazer uma dieta alimentar segundo a qual não deve
ingerir mais do que 600 calorias ao almoço. Constata, segundo a tabela acima, que se
excedeu, e resolve ir ao ginásio queimar essas calorias. Para o efeito, eleva um haltere
de 25 Kg, repetidamente, num percurso de 0.75m. Cada elevação do haltere demora 5
segundos. a) Admita uma eficiência de 20% para esse processo (ou seja, apenas 20%
das calorias eliminadas se traduzem em trabalho mecânico realizado), e calcule quanto
tempo deve passar no ginásio. b) E se o modelo pretender “eliminar” essas calorias em
excesso bebendo água gelada (a 1ºC), quanta água deveria beber? (Isso funciona?!?)
Nota: tenha em conta que as “Calorias” usadas nas tabelas de alimentos são na
realidade Kcal.
6. Um colector solar com 6 m2 faz
incidir radiação sobre 1 m3 de água.
Sabendo que a radiação solar tem a
intensidade de 550 Wm-2, quanto tempo
é necessário para aquecer a água de 20ºC
até 60ºC?
7. O pavimento de uma autoestrada é
composto por placas de betão com 25 m
de comprimento. A estrada é construída
quando a temperatura média do ar é de
10ºC. Admitindo que a temperatura do
betão num dia quente pode atingir 50ºC,
qual a folga que deve ficar entre placas
adjacentes? Coeficiente linear de
expansão do betão: 1.2x10-5 ºC-1
8. A esfera da figura tem 0.100m de
diâmetro, e o cilindro oco tem um
diâmetro interior de 0.099m. Ambos
estão à temperatura de 20ºC. O cilíndro é
de alumínio (α=2.4x10-5 ºC-1) e a esfera
de invar (α=9x10-7 ºC-1). Para que a
esfera passe no orifício, devemos
aquecer ou arrefecer o conjunto? De
quanto?
9. Uma lata de spray tem o volume de 0.125 litros e está à pressão interior de 2
atm quando a temperatura é de 20ºC. A lata é fabricada para suportar uma
pressão interna máxima de 5 atm. Se a lata for lançada para uma fogueira, a
que temperatura explode? Nota: por este motivo, nunca se devem lançar latas de spray
para o fogo.
10. Calcule o volume de uma mole de gás, nas condições padrão de pressão
(105Pa, ou 1 bar) e temperatura (0ºC). Repare que o resultado não depende do
tipo de gás.
11. Um pneu de automóvel é cheio com ar que inicialmente se encontrava a
10ºC e à pressão atmosférica. Durante o processo, o volume do ar reduz-se a
28% do valor inicial, e a sua temperatura sobe para 40ºC. a) Qual a pressão do
pneu? b) Se quando o automóvel circula a temperatura do pneu sobe para
85ºC e o volume do pneu aumento 2%, qual a nova pressão no interior do
pneu?
11. Um balão de ar quente de 400
m3 tem a massa total de 200 Kg
(balão, barquinha, passageiros e
carga). A temperatura e a pressão
ambiente são 10ºC e 1 atm,
respectivamente.
A que temperatura deve o ar do
balão ser aquecido para que ele
levante? A densidade do ar seco à
temperatura de 10ºC é 1.25 Kg/m3, e a
massa molar efectiva do ar seco é 29 g/mol.
12. Um reservatório cilíndrico com o
raio de 0.40m e 1.00m de altura
contém ar que inicialmente se
encontra a 10.0ºC e 1.00 atm.
Coloca-se uma tampa de 20Kg, que
se move como um êmbolo no
interior do reservatório. Um homem
de 75 Kg de massa sobe em
seguida para a tampa. O ar mantémse a 10ºC. Calcule a que
temperatura deve ser aquecido o ar
para que a tampa volte à posição
que ocupava antes de o homem
subir para ela.