UEMS - Física – Mec. dos Fluidos e Calor – LISTA 2 – Temperatura, Dilatação e Estudo dos Gases
1) A que temperatura os seguintes pares de escalas dão
a mesma leitura: (a) Fahrenheit e Celsisus. (b)
Fahrenheit e Kelvin. (c) Celsius e Kelvin. [-40 °; 574 ° ;
não há]
2) Suponha que, num livro de física muito antigo, você
encontre a referência a uma escala termométrica G,
cujos pontos fixos adotados sejam -20 °G para a fusão
do gelo e 130 °G para a água em ebulição. Determine:
(a) a relação entre a escala Celsius e a escala G; (b) a
temperatura, em graus Celsius, que corresponda a 70 °
G. [T=2/3(TG + 20); 60 °C]
3) O vidro pirex do espelho do observatório do Monte
Palomar tem um diâmetro de 200 polegadas. No monte
Palomar a temperatura varia entre -10 e 50 ºC.
Determine a variação máxima do diâmetro do espelho.
(Dado pirex = 3,2 x 10-6 ºC-1). [aprox. 960 x 10-6 m]
4) Uma janela de vidro mede 20 cm por 30 cm quando
está a 10 °C. De quanto sua área cresce quando a
temperatura sobe para 40 °C? (Dado vidro = 9 x 10-6 ºC1
). [0,32 cm2]
5) Determine a mudança no volume de uma esfera de
alumínio com 10 cm de raio quando ela é aquecida de 0
até 100 °C. (Dado Al = 23 x 10-6 ºC-1). [28,9 cm3]
6) Uma barra de aço a 25 °C tem 3 cm de diâmetro. Um
anel de latão tem diâmetro interior 2,992 cm a 25 °C. A
que temperatura comum o anel se ajustará perfeitamente
à barra? (Dado aço = 11 x 10-6 ºC-1 e latão = 19 x 10-6
ºC-1). [360 °C]
7) Um relógio de pêndulo feito de Invar tem um período
de 0,5 s e é exato a 20 °C. Se o relógio é usado num
clima onde a temperatura média é 30 °C, que correção
(aproximada) é necessária ao final de 30 dias para
colocar o relógio novamente na hora certa? (Dado Invar
= 0,7 x 10-6 ºC-1). [9,2 s]
8) Certa quantidade de ar aprisionada numa seringa de
injeção, à pressão atmosférica normal, ocupa o volume
de 20 cm3. Admita que a temperatura permaneça
constante e que o valor da pressão atmosférica seja 1,0
x 105 Pa. (a) Quais as pressões necessárias para reduzir
o volume desse gás a 15 cm3, 10 cm3 e 5,0 cm3,
respectivamente? (b) Construa o gráfico P x V
correspondente dessa transformação. [15 cm3 ]
Lussac; (c) compare os resultados dos itens (a) e (b).
(Dado =1/273 ºC-1)
11) Uma seringa de injeção com êmbolo na marca de 20
cm3, a temperatura ambiente de 27 °C e pressão de 1,0
x 105 Pa, é vedada e colocada num freezer a -13 °C.
Verifica-se que, ao atingir o equilíbrio térmico, o
êmbolo da seringa está na marca de 18 cm3. Determine
qual é, nessas condições, a pressão do ar aprisionado na
seringa. [9,6 x 104 Pa]
12) Um recipiente de 2,0 litros contém um gás perfeito
a temperatura de 17 °C e pressão de 50 Pa. Determine:
(a) o número de moles contidos nesse recipiente; (b) o
número de moléculas desse gás aprisionadas no
recipiente, sabendo que há 6,0 x 1023 moléculas/mol.
(Dado: R = 8,31 J/mol K). [4,5 x 10-6 mol; 2,7 x 1018
moléculas]
13) Um balão meteorológico contém hélio. Quando
atinge a sua altitude máxima, por volta de 20 km, o seu
volume chega a 800 m3. Suponha que a essa altitude ele
tenha a mesma pressão, 5,2 x 103 Pa, e temperatura, -53
°C, do ambiente externo. Determine: (a) a média das
velocidades das moléculas de hélio nessas condições;
(b) o número de moles de hélio contido no balão; (c) o
volume do balão quando saiu do solo, à pressão
atmosférica de 1,0 x 105 Pa e à temperatura de 27 °C.
(Dados: MHe = 4,0 x 10-3 kg/mol; R = 8,31 J/mol K).
[1,2 x 103 m/s; 2,2 x 103 mol; 55 m3]
14) (a) Encontre a velocidade quadrática média de uma
molécula de nitrogênio a 20 °C. (b) A que temperaturas
a velocidade quadrática média será a metade e o dobro
desse valor? (Dado MN2 = 28 g/mol). [517,7 m/s; 198ºC; 931ºC]
15) Oxigênio (O2) está confinado em um recipiente
cúbico com 15 cm de aresta, à temperatura de 300 K.
Compare a energia cinética média de uma molécula do
gás com a variação da sua energia potencial
gravitacional quando a molécula cai do topo do
recipiente até o fundo do mesmo.
16) Um tanque, de 0,3 m3 de volume, contém 2 moles
de hélio, a 20 °C. Admitindo que o hélio tenha o
comportamento de um gás ideal, (a) achar a energia
interna total do sistema. (b) Qual a energia cinética
média por molécula?
9) Uma amostra de gás está contida num cilindro
vedado por um êmbolo que pode se mover livremente.
Em equilíbrio térmico com a temperatura ambiente de
17 °C, o volume do gás é de 2,0 x 103 cm3. Qual será o
volume desse gás se o cilindro for aquecido e o gás
atingir a temperatura de 162 °C? [3,0 x 103 cm3]
17) Por que um ventilador provoca a sensação de frio
num dia quente?
10) Certa quantidade de ar, aprisionada numa seringa de
injeção à pressão atmosférica, ocupa o volume de 10,0
cm3 à temperatura de 0 °C. Suponha que essa seringa
seja vedada e imersa em água quente, atingindo, no
equilíbrio térmico a temperatura de 80,0 °C. Observa-se
que o êmbolo sobe até atingir a marca correspondente a
um novo volume. Admitindo que a pressão do ar no
interior da seringa permaneça constante, determine esse
volume: (a) utilizando a expressão da dilatação
volumétrica; (b) utilizando a Lei de Charles e Gay-
19) Se um balão flexível cheio de hélio for colocado
num congelador, o seu volume aumentará, diminuirá ou
ficará constante?
18) O álcool, quando ingerido, provoca sensação de
calor; porém friccionado ao corpo, provoca queda de
temperatura corporal. Explique esse último efeito.
20) O que acontece com um balão cheio de hélio se for
solto no ar? Haverá expansão ou contração do balão? O
balão, em certa altura, deixará de subir?
21) Uma vez que o ar quente se eleva na atmosfera, por
que, em geral, fica mais frio à medida que se sobe numa
montanha? (Obs.: o ar é mau condutor de calor.)