Pontifícia Universidade Católica de Goiás - PUC-GO
MAF - Departamento de Matemática e Física
Disciplina: Física Geral e Experimental II - MAF2202
Profa. Wanessa
5a Lista de Exercícios
Problemas
1. A que temperatura a leitura da escala Fahrenheit é igual (a) a duas vezes a da escala
Celsius e (b) à metade da escala Celsius?
2. Um furo circular em uma placa de alumínio possui 2, 725 cm de diâmetro a 0o C. Qual o
seu diâmetro quando a temperatura da placa é elevada para 100o C?
3. Um relógio de pêndulo com um pêndulo feito de latão é projetado para medir com precisão
a 20o C. Se o relógio operar a 0o C, qual é a intensidade de seu erro, em segundos por hora,
e o relógio adianta ou atrasa?
4. Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para aquecer 100 g de água para uma
xícara de café instantâneo. O aquecedor está rotulado com 200 watts, o que significa que
ele converte energia elétrica em energia térmica nesta taxa. Calcule o tempo necessário
para levar toda esta água de 23o C para 100o C, ignorando quaisquer perdas de calor.
5. Que massa de vapor d’água de 100o C deve ser misturada com 150 g de gelo no seu ponto
de fusão, em um recipiente isolado termicamente, para produzir água líquida a 50o C.
6. Uma janela de vidro de 3, 0 m2 de área e 0, 60 cm de espessura. Se a diferença de temperatura entre as superfícies for de 25o C, qual é a taxa de transferência de energia por
condução na janela?
7. Uma esfera de raio de 0, 500 m, temperatura de 27o C e e 0, 850 de emissividade está localizada em meio cuja temperatura é 77, 0o C. A que taxa a esfera (a) emite e (b) absorver a
radiação? (c) Qual é a taxa resultante que a esfera troca de energia?
8. Uma barra de ouro está em contato térmico com uma barra de prata, ambas de mesma
espessura e área (Fig. 1). Uma das extremidades da barra de ouro está a 80o C e da
barra de prata está a 30o C. Quando a taxa de transferência por condução atingir o estado
estacionário, qual é a temperatura na junção?
Figura 1: Problema 8
9. Um sistema termodinâmico realiza um processo em que sua energia interna diminui 500 J.
Se ao mesmo tempo, 220 J de trabalho é feito pelo sistema, qual é a energia transferida
para ou dele em forma de calor?
10. Na figura 2 uma amostra de gás expande de Vo à 4Vo enquanto sua pressão diminui de po
para po /4. Se Vo = 1, 0 m3 e po = 40 P a, quanto trabalho é feito pelo gás se sua pressão
varia em função do volume via (a) caminho A, (b)caminho B e caminho C?
Figura 2: Problema 10
11. Quando um sistema é levado do estado i para o estado f ao longo da trajetória iaf na Figura
2, Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36 cal. (a) Qual o valor de W
ao longo da trajetória ibf? (b) Se W = −13 cal para a trajetória de volta fi, qual será Q
para esta trajetória? (c) Considere Eint,i = 10 cal. Qual é Eint,f ? (d) Se Eint,b = 22 cal,
qual é o valor de Q para a trajetória ib e para a trajetória bf?
Figura 3: Problema 11
12. Calcule a mudança na energia interna de 3, 00 mol de gás hélio quando sua temperatura é
aumentada em 2 K.
13. Uma casa tem paredes bem isoladas. Ela contém um volume de 100 m3 de ar à 300 K. (a)
Calcule a energia requerida para aumentar a temperatura deste ar em 1, 00◦ C. (b) Se esta
energia pudesse ser usada para elevar um objeto de massa m a uma altura de 2, 00 m, qual
seria o valor de m?
14. Um mol de um gás ideal monoatômico está em uma temperatura inicial de 300 K. O gás
evolui através de um processo isovolumétrico, adquirindo 500 J de energia na forma de
calor. Ele então realiza um processo isobárico, perdendo a mesma quantidade de energia
nas forma de calor. Determine (a) a nova temperatura do gás e (b) o trabalho realizado
sobre o gás.
15. Dois mols de um gás ideal (γ = 1, 4) expandem lento e adiabaticamente de uma pressão
de 5, 00 atm e um volume de 12 ` para um volume final de 30 `. (a) Qual é a pressão final
do gás? (b) Quais são as temperaturas final e inicial? (c) Encontre Q, W , e Eint .
16. O ar em uma nuvem de chuva se expande à medida que ela se eleva. Se sua temperatura
inicial era 300 K, e se nenhuma energia é perdida por condução térmica durante a expansão,
qual é sua temperatura quando o volume inicial dobra?
17. Uma máquina térmica absorve 360 J de energia e realiza 25 J de trabalho a cada ciclo.
Encontre (a) a eficiência da maquina e (b) a energia expelida para o reservatório frio a
cada ciclo.
18. Uma máquina específica tem uma potência de saída de 5 kW e uma eficiência de 25.0%.
Assumindo que a máquina expele 8000 J de energia a cada ciclo, encontre (a) a energia
absorvida a cada ciclo e (b) o tempo de cada ciclo.
19. Mostre que a eficiência térmica de uma máquina operando um ciclo de Otto idealizado
(Figura 4) é dada por
1
e = 1−
.
(V1 /V2 )γ−1
Figura 4: Problema 19
20. Um gás ideal é levado através de um ciclo de Carnot. A expansão isotérmica ocorre à
250◦ C, e a compressão isotérmica ocorre à 50◦ C. Assumindo que o gás absorve 1200 J
de energia do reservatório quente durante a expansão isotérmica, encontre (a) a energia
perdida para o reservatório frio a cada ciclo e (b) o trabalho total realizado pelo gás a cada
ciclo.
21. Uma máquina térmica operando entre 80◦ C e 200◦ C alcança 20% de eficiência máxima.
Qual energia injetada possibilitaria essa máquina realizar um trabalho de 10 kJ?
22. Um motor a gasolina 1.60-L com uma razão de compressão 6, 20 tem uma potência útil de
102 hp. Assumindo que o motor opera em um ciclo de Otto idealizado, encontre a energia
absorvida e perdida a cada segundo. Assuma que a mistura ar-combustível se comporta
como um gás ideal, com γ = 1, 40.
23. Uma forma de gelo contém 500 g de água à 0◦ C. Calcule a mudança na entropia da água
quando ela congela lenta e completamente à 0◦ C.
24. Calcule a variação de entropia de 250 g de água aquecida lentamente de 20◦ C para 80◦ C.
25. A temperatura do Sol é aproximadamente 5700 K, e a temperatura da superfície da Terra
é aproximadamente 290 K. Qual é a variação de entropia quando 1000 J de energia são
transferidos na forma de radiação do Sol para a Terra?
GABARITO
1 - (a) 320o F ; (b) −12, 30o F
2 - 2, 731 cm
3- 0, 68s/h, adianta
4- 160 s
5-33 g
6-10kW
7-(a)1, 23 kW ; (b) 2, 28 kW ; (c) 1, 05 kW
8-51, 2o C
9-720 J
10 - (a) 1, 2 × 102 J; (b) 75 J; (c) 30 J
11- (a)6, 0 cal; (b) −43 cal (c) 40 cal; (d) 18 cal , 18 cal
12-75 J
13- (a)118 kJ (b)6, 03 × 103 kg
14- (a)316 K (b)200 J
15-(a)1, 39 atm (b)366 K, 253 K (c)0, 4, 66 J, −4, 66 J
16-227 K
17-(a)6, 94% (b)335 J
18-(a)10, 7 kJ (b)0, 533 s
20-(a)741 J (b)459 J
21-50 kJ
22-146 kW , 70, 8 kW
23-−610 J/K
24-195 J/K
25-3, 27 J/K