INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA.
DEPARTAMENTO DE ENSINO
DISCIPLINA: FÍSICA II
Lista de Exercícios – Termodinâmica
1. Em alguns locais da Terra a temperatura em graus Celsius é igual à temperatura em graus
Fahrenheit. Qual é o valor desta temperatura?
2. Uma haste de aço tem um diâmetro de 3,000 cm a 25 oC. Um anel de latão tem um diâmetro
interno de 2,992 cm a 25 oC. Em que temperatura comum será possível passar o anel pela
haste?
3. Uma barra de comprimento L  L1  L2 é composta por uma barra do material 1 com
comprimento L1 , acoplada a uma barra do material 2 com comprimento L2 .(a) Mostre que o
coeficiente efetivo de dilatação linear  para esta barra é dado por:   (1L1   2 L2 ) / L . (b)
Usando aço e latão projete uma barra composta cujo comprimento seja de 52,4 cm e
coeficiente efetivo de dilatação linear seja igual a 13 106 / o C .
4. Um relógio de pêndulo com o pêndulo feito de latão é projetado para manter o tempo com
precisão a 20 oC. Qual será o erro, em segundos por hora, se o relógio funcionar a 0 oC?
5. Uma quantidade de gás ideal ocupa um volume de 2,47 m 3 a 12,0 oC e a 108 kPa. (a) Quantos
moles do gás estão presentes? (b) Se a pressão é aumentada para 316 KPa e a temperatura é
aumentada para 31,0oC, qual é o novo volume ocupado pelo gás? Suponha que não haja
vazamento.
6. A massa molar (atômica) do ouro é de 197 g/mol. Considere uma amostra de 2,56 g de ouro
puro no estado de vapor. (a) Calcule o número de moles de ouro na amostra. (b) Quantos
átomos de ouro estão presentes.
7. A 44 oC e 1,23  10-2 atm a massa específica de uma gás é de 1,32  10-5 g/cm3 . (a) Determine
a velocidade vrms para as moléculas do gás. (b) Determine a massa molar do gás e o identifique.
8. Um anel de cobre de 21,6g possui um diâmetro de 2,54000 cm à temperatura de 0 0C. Uma
esfera de alumínio tem um diâmetro de 2,54533 cm na temperatura de 100 0C. A esfera é
colocada sobre o anel e permite-se que os dois atinjam o equilíbrio térmico, sendo que nenhum
calor é perdido para a vizinhança. A esfera passa sem folga pelo anel na temperatura de
equilíbrio. Determine a massa da esfera.
9. (a) Calcule a taxa na qual o calor de um corpo flui para fora através da roupa de um esquiador,
utilizando os seguintes dados: a área superficial do corpo é de 1,8 m 2 e a roupa tem espessura
de 1,2 cm; a temperatura da superfície da pele é de 33 0C, enquanto a superfície externa da
roupa está a 1,00C; a condutividade térmica da roupa é de 0,040W/m.K.
(b) Como a resposta mudaria se, após uma queda, a roupa do esquiador ficasse ensopada de
água? Suponha que a condutividade térmica da água seja de 0,60 W/m.K.
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10. Quando um sistema é levado de um estado i para
um outro estado f ao longo do caminho iaf indicado
na figura ao lado, observa-se que Q = 50 J e W = - 20
J. Ao longo do caminho ibf, Q = 36 J. (a) Qual o valor
de W ao longo do caminho ibf? (b) Se W = + 13 J
para o caminho curvo fi, qual o valor de Q para este
caminho? (c) Considerando E int,i = 10 J, qual o valor
de Eint,f? (d) Se Eint,i = 22J, determine Q para os
processos ib.
11. Em um experimento, 1,35 mol de oxigênio é aquecido a pressão constante, começando a
110C. Quanto calor precisa ser adicionado ao gás para ele dobrar o seu volume?
12. O gás dentro de uma câmara passa pelo ciclo mostrado na
figura ao lado. Determine o calor resultante adicionado ao gás
durante o processo CA se QAC  20J , QBC  0 e W  15.
13. Um cozinheiro, após acordar e perceber que seu fogão estava sem gás, decide ferver água
para fazer café, sacudindo-a dentro de uma garrafa térmica. Supondo que ele use 500 cm 3 de
água a 59 0F e que a água caia 1,0 pé em cada sacudida, o cozinheiro dando 30 sacudidas por
minutos. Desprezando quaisquer perdas de energia térmica pela garrafa, quanto tempo precisa
ficar sacudindo a garrafa até que a água ferva?
14. Um quilograma de gelo é removido de um congelador a – 150C e aquecido, até converte-se
totalmente em vapor, a 1000C. Qual é a variação de entropia deste sistema, em cal/K e em J/K? O
calor específico do gelo é de 0,5 cal/g 0C ; o calor latente de fusão do gelo é de 79,6 cal/g, e o
calor latente de vaporização da água é de 539,6 cal/g.
15. Um recipiente de paredes adiabáticas contém 2 litros de água a 300C. Coloca-se nele um
bloco de 500g de gelo a 0 0C. (a) Calcule a temperatura final do sistema. Admitindo-se que o calor
latente de fusão do gelo é de 80 cal/g. (b) Calcule a variação de entropia do sistema.
16. Represente o ciclo de Carnot em um diagrama (P,V), indicando a pressão e o volume de cada
vértice, bem como, os processos, o calor fornecido ao sistema (absorvido da fonte quente), o calor
fornecido pelo sistema (transferido à fonte fria). Se esta máquina de Carnot estiver operando entre
as temperaturas T1  230 C e T2  2130 C , qual o seu rendimento?
17. Em um ciclo de Carnot, a expansão isotérmica de um gás ideal ocorre a 412 K e a
compressão isotérmica ocorre a 297 K. Durante a expansão, 2090 J de energia térmica são
transferidas para o gás. Determine (a) o trabalho produzido pelo gás durante a expansão
isotérmica, (b) o calor rejeitado pelo gás durante a compressão isotérmica e (c) o trabalho
realizado sobre o gás durante a compressão isotérmica.
18. Um motor de automóvel fornece 8,18 kJ de trabalho por ciclo. (a) Antes da regulagem, a
eficiência é de 25,0%. Calcule, para cada ciclo, o calor absolvido da combustão do combustível e
o calor jogado na atmosfera. (b) Após a regulagem, a eficiência passa para 31,0%. Quais são os
novos valores das grandezas calculadas em (a)?
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19. Um mol de um gás ideal monoatômico segue o
ciclo mostrado na figura ao lado. (a) Quanto trabalho
é realizado sobre o gás na expansão do gás de a até
c ao longo do caminho abc? (b) a variação na energia
interna e na entropia durante a etapa de b para c? (c)
Qual a variação na energia interna e na entropia
durante um ciclo completo? Expresse todas as
respostas em termos da pressão p0 e volume V0 no
ponto a do diagrama.
20. O ciclo de Joule, representado na figura ao lado, onde AB
e CD são adiabáticas, é uma idealização do que ocorre numa
turbina a gás: BC e DA representam respectivamente
aquecimento e resfriamento a pressão constante; r 
pB
éa
pA
taxa de compressão. (a) Mostre que o rendimento do ciclo de
Joule é dado por:
1
 
  1  
r
 1

. (b) Calcule o rendimento
para r  10 , e considerando o gás diatômico.
RESPOSTAS
1. - 400
2.  3600C
4. 0,68 seg/hora
3. (a) mostrar (b) 39,3 cm de aço e 13,1 cm de latão.
5. 0,900m3 = 900 litros
6. (a)  0,013 mol (b)  7,8 x 1021 átomos
7. (a) 532 m/s (b) M  28 g/mol, nitrogênio. 8.  4,83g
11.  11,15 kJ
10. (a) – 6,0 J (b) – 43 J (c) 40 J (d) 18 J.
13. 3,97 x 103 mim ,  2,8 dias.
16. (b) 0,39%
9. (a) 192 W (b) 15 vezes maior.
14. 8700,93 J/K
17. (a) 2090J (b)  1507 J
15. (a) 8,90C
(c) 1507 J
18. (a) 32,48 kJ e 24,36 kJ (b) 26,19 kJ e 18,09 kJ
19. (a) – 3 p0V0
(b) 6 p0V0 e (3/2) Rln2
20. (a) mostrar
(b) 48 %
(c) zero e zero
3
12. -5,0 J
(b) 10,18 cal/K