Disciplina
Lista nº
Física 2 - Específica
1E
Professor
Sidnei Stutz
Assuntos
Termologia
1) (UFF 2010)No interior de uma caixa de paredes
impermeáveis ao calor foi feito vácuo e montado um
experimento, sendo utilizados um bloco, uma mesa e
uma mola de constante elástica k, conforme ilustrado
na figura. O bloco e a mesa possuem,
respectivamente, capacidades térmicas Cb e Cm e a
capacidade térmica da mola é desprezível. Todo o
sistema está em equilíbrio térmico a uma temperatura
inicial T0 . A mola é inicialmente comprimida de x0, a
partir da configuração relaxada e, então, o bloco é
liberado para oscilar. Existe atrito entre a mesa e o
bloco, mas o atrito entre a mesa e o piso da caixa é
desprezível. O bloco oscila com amplitude
decrescente, até que para a uma distância ax0 do
ponto de equilíbrio, sendo 0 < a <1.
de 20°C a 40°C diariamente, usando apenas energia
solar? Suponha que as placas tenham eficiência de
100%.
3) (UFF 2008) Numa experiência, um recipiente de
paredes adiabáticas, exceto pelo fundo metálico,
contém 20 g de água a 67ºC e é colocado em contato
térmico com outro recipiente, com 200l de volume, de
paredes adiabáticas, exceto por um pedaço metálico
em seu topo, contendo um gás monoatômico. Na
situação inicial, este gás está a uma temperatura de
27ºC e exerce sobre as paredes do recipiente uma
pressão de 1,0atm. A capacidade térmica do
recipiente que contém água pode ser desprezada,
enquanto a daquele que contém o gás é de 4,0cal/K.
A temperatura do sistema, quando o equilíbrio térmico
é atingido, é de 59ºC.
A) Determine a pressão exercida pelo gás sobre as
paredes do recipiente depois de alcançado o equilíbrio
térmico.
Determine:
A) as temperaturas finais da mesa e do bloco, após
esse bloco parar de oscilar e o sistema atingir o
equilíbrio térmico;
B) a razão entre a variação da energia interna da
mesa e a variação da energia interna do bloco, no
equilíbrio térmico;
C) a variação da posição do centro de massa do
sistema composto pelo bloco, mola e mesa, quando
esse bloco para de oscilar.
2) (UFF 2009) Um aquecedor elétrico usa um resistor
de 20Ω ligado a uma diferença de potencial de
100Vpara aquecer a água.
B) Determine a capacidade térmica da massa gasosa.
C) A experiência é, em seguida, repetida a partir das
mesmas condições iniciais, mas o recipiente que
contém o gás dispõe agora de um pistão móvel. A
temperatura final de equilíbrio nesta nova situação
será maior, menor, ou igual a 59ºC? Justifique sua
resposta explicitando os princípios ou leis físicas que
conduziram seu raciocínio.
A) Calcule a potência consumida pelo aquecedor
quando ligado.
B) Um banho que use 20 litros de água está dentro
dos limites recomendados para evitar o desperdício.
Se uma pessoa usa esta quantidade de água a 40° C
para seu banho, e se a temperatura da água antes de
ser aquecida é de 20° C, durante quanto tempo o
aquecedor deverá ficar ligado? Considere 1cal = 4,2J.
C) Num país como o Brasil, a superfície da Terra
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recebe cerca de 500W/m de radiação solar por
aproximadamente 10 horas diárias. Usando placas
captadoras de radiação solar com uma área total de
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2m , quantos litros de água poderiam ser aquecidos
4) (UFF 2005) Um sistema básico de aquecimento de
água por energia solar está esquematizado na figura
abaixo. A água flui do reservatório térmico para as
tubulações de cobre existentes no interior das placas
coletoras e, após captar a energia solar, volta ao
reservatório pelo outro trecho do encanamento. A
caixa de água fria alimenta o reservatório, mantendo-o
sempre cheio. Suponha que em um determinado
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instante o reservatório tenha em seu interior 200 litros
de água em equilíbrio térmico. Dados: massa
específica da água = 1,0kg/litro; calor específico da
o
água = 1,0cal/g C; 1,0cal = 4,2J.
A) Determine a quantidade de calor absorvida por
esse volume da água para que sua temperatura
aumente 20ºC, supondo que não haja renovação de
água do reservatório.
B) Estime o tempo necessário para este
aquecimento, em horas. Para isto, considere que a
potência solar incidente nas placas coletoras seja de
4,2kW e que, devido a perdas, apenas 40% dessa
potência seja utilizada no aquecimento da água.
5) (UFF 2004) Um grupo de amigos se reúne para
fazer um churrasco. Levam um recipiente térmico
o
adiabático contendo uma quantidade de gelo a – 4 C
e 60 latas com 350 mL de refrigerante, cada uma. As
latas são de alumínio e quando foram colocadas no
recipiente estavam a uma temperatura de 22ºC.
Considere que a densidade e o calor específico do
refrigerante sejam, aproximadamente, iguais aos da
água. Sabendo-se que, no equilíbrio térmico, a
temperatura no interior do recipiente adiabático é 2ºC,
calcule:
A) a quantidade de calor cedida pelas latas e pelo
refrigerante;
B) a massa de gelo, em quilogramas, que foi
colocada no recipiente.
Dados: calor específico do gelo = 0,50 cal/goC; calor específico da
água = 1,0cal/g oC ; calor específico do alumínio = 0,22 cal/g oC;
calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g; massa de alumínio em
cada lata = 30 g; densidade da água = 1,0 g/cm3
• as hastes de comprimento loA são constituídas de
um mesmo material, e as hastes de comprimento loB
de outro;
• a relação entre os coeficientes de dilatação desses
dois materiais equivale a 9.
Admitindo que o retângulo se transforma em um
o
o -1
quadrado à temperatura de 320 C, calcule, em C , o
valor do coeficiente de dilatação linear do material que
constitui as hastes menores.
7) (UERJ 2007) Para aquecer o ar no interior de um
cômodo que se encontra, inicialmente, à temperatura
de 10°C, utiliza-se um resistor elétrico cuja potên cia
média consumida é de 2kW. O cômodo tem altura de
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2,5m e área do piso igual a 20m . Considere que
apenas 50% da energia consumida pelo resistor é
transferida como calor para o ar. Determine o tempo
necessário para que a temperatura no interior do
cômodo seja elevada a 20 °C.
8) (UERJ 2005) O supermercado necessita
diariamente de gelo em escamas. A potência P
dissipada pela máquina empregada para fabricá-lo é
de 360 cal/s. Sabendo que a temperatura da água ao
entrar na máquina é de 20ºC, determine:
A) o calor liberado por 150 kg de água ao ser
transformada integralmente em gelo a -3ºC;
B) a energia dissipada pela máquina, em joules,
em 5 h de funcionamento.
Dados fornecidos nos cadernos da UERJ
Aceleração da gravidade
Calor específico da água
Calor específico do hidrogênio
Calor específico do gelo
Calor latente de vaporização da água
Calor latente de fusão do gelo
Calor específico do ar
Densidade da água do mar na superfície
Densidade do ar
Constante universal dos gases ideais
Massa específica do mercúrio
Massa molar do hidrogênio
6) (UERJ 2010) A figura abaixo representa um
retângulo formado por quatro hastes fixas.
Considere as seguintes informações sobre esse
retângulo:
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• sua área é de 75 cm à temperatura de 20ºC;
• a razão entre os comprimentos loA e loAB é igual a 3;
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10m/s2
1,0 cal/g.oC
2,42 cal/g.oC
0,50 cal/g.oC
540cal/g
80 cal/g
1,0.103 J/kg.K
1,025.103 kg/m3
1,25 kg/m3
0,082 atm.l/mol.K
13,6 g/cm3
2g/mol