Exercícios de Termodinâmica 1. Um vento forte sopra sobre uma cidade e a temperatura cai 11,8 oC em uma hora. Calcule esta
queda em oF. R: 11,8*1,8 = 21,24ºF 2. O avião supersônico Concorde possui um comprimento igual a !,1 m quando est" em repouso
no solo em um dia t#pico $a 1% oC&. 'le ( basicamente feito de alum#nio. )uando est" voando com uma velocidade igual ao dobro da velocidade do som, o atrito com o ar aquece a parte e*te e*tern rnaa do Co Conc ncor orde de e prod produ+ u+ uma uma dila dilata taã ãoo de !% cm no comp comprim rimen ento to do aviã avião. o. $o compartimento dos passageiros est" apoiado em rolamentos, rolamentos, e o avião se e*pande em torno dos passageiros&. )ual )ual ( a temperatura temperatura da parte e*terna do do Concorde durante durante o vôo- /l0!.12345C 6 0 674$7 o.& 0 2,!%4$!,1:!.123& 0 1;,; < 1% 0 182,7ºC R: 67 0 7 o.6 09 6 3. Uma barra met"lica possui comprimento igual a 2,1!%cm a !2,2 oC e 2,18cm a %,2 oC.
Calcule seu coeficiente de dilataão linear m(dio para este intervalo de temperatura. $2,1832,1!%&4$2,1!%:!%& 0 22,! x 1"#$ºC R: = 67 $7o.6& 0 $2,1832,1!%&4$2,1!%:!%& 4. / ponte =umber na >nglaterra, cu?o comprimento ( de 112 m, possui o maior vão sem apoio
do mundo. Calcule a variaão do comprimento da base de ao do vão quando a temperatura aumenta de 3%,25C at( 18@C. O coeficiente de dilataão linear do ao ( igual a 11 * 12 3 45C. R: 67 0 7 o.6 = 141"*11.123 :!A 0 ",3%$7 m %. Os rebi rebite tess de alum alum#n #nio io usad usados os na cons constru truã ãoo de aviB aviBes es são são feit feitos os com com um dim dimet etro ro
ligeiramente maior do que o dimetro do buraco e resfriados com Dgelo secoE $CO! slido& antes de serem colocados nos respectivos buracos. Gabendo que o dimetro de um buraco ( igual a ,%22 mm, qual deve ser o dimetro de um rebite a !A,2 oC para que seu dimetro fique igual ao do buraco quando o rebite for resfriado at( 3;8@C- Use 0!*12 34oC. R: 67 0 73 7 o 0 7o.6 = ,%223 7o 0 7o . !*123:$3121& 0 4,48! mm $. / moeda de um centavo de dlar americano possui dimetro igual a 1,H22 cm a !2@C. / moeda
( feita com uma liga met"lica $quase toda de +inco& para a qual o coeficiente de dilataão linear ( igual a !,*12 3%4oC. )ual seria seu dimetro a& em um dia quente no Iale Iale da Jorte $8@C&K b& em uma noite fria nas montanhas da Lroenlndia $3%A@ C&R: a& 7 0 7o$1<6& = 1,!"14 mm , '& 1,8!$4 mm 7. / haste de um relgio de pMndulo ( feita de latão. Calcule a variaão relativa do comprimento
da haste quando ela ( esfriada de 1H,%@C at( %,2 o C. Use o coeficiente de dilataão linear do latão igual a !,2 *12 3%4oC. R: 67 7o = 6 = #2,!x1"#4 o( #","2!)
8. Um cilindro de cobre est" inicialmente a !2@ C. 'm que temperatura seu volume torna3se
2,1%N maior do que a !2@ C- 0 18.12 3 4oC. R: I 0 1,2221%.I o 09 6I Io = 2,2221% 0 A6 = 47,7C !. 'm climas muito frios um mecanismo significativo para a perda de calor pelo corpo humano (
a energia gasta para aquecer o ar nos pulmBes em cada respiraão. a& 'm um dia de inverno muito frio quando a temperatura ( de 3!2@C, qual ( a quantidade de calor necess"rio para aquecer 2,%2 litros de ar trocado na respiraão at( atingir a temperatura do corpo humano $A;@C&- Guponha que o calor espec#fico do ar se?a igual a 12!2 4Pg.Q e que 1,2 litro de ar possua massa igual a 1,A * 12 3A Pg. R& )ual ( o calor perdido por hora considerando uma ta*a de respiraão de !2 aspiraBes por minutoR: a& + = m.c. 6 0 $1,A * 12 3A&2*1"2"*%7 = 37,8 '& !2 aspiraBes4min 0 1!22 aspiraBes4hora 0 1!22:A;,8 0 4,%3$ x 1"4 -ora 1". Uma chaleira de alum#nio com massa igual a 1,%Pg e contendo 1,8Pg de "gua ( colocada em
um fogão. Gupondo que não ha?a nenhuma perda de calor para o ambiente, qual ( a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a temperatura de !2@C at( !12@C- Use C /l 0 2.!1% cal4g.5C R: Chaleira 09 ) 0 m c 6 0 1%22:2.!1%:1H2 0 1.!;% cal 0 !%.H;,1%
Sgua 09 $m.c.6& liq < $m.7v& < $m.c.6& vapor 0 $1822:1:82& < $1822:%2& < $1822:2,%:112& 0 0 1.222 cal < H;!.222cal < HH.222 cal 0 1.!1%.222 cal 0 %.28%.HH2 Caor /o/a = 2%$.4!7,1% 0 %."8%.!!" = %,342 x 1"$ 11. /ntes de ir fa+er seu e*ame m(dico anual, um homem de ;2Pg cu?a temperatura ( igual a A;@C
consome uma lata inteira de 2,A%%litros de bebida leve $quase toda composta de "gua a 1!@C&. a& )ual deve ser a temperatura do seu corpo quando for atingido o equil#brio- Tespre+e qualquer efeito de aquecimento provocado pelo metabolismo do homem. O calor espec#fico do corpo do homem ( igual a A82 4Pg.Q. b& a variaão de temperatura do seu corpo ( suficiente para que ela possa ser lida por um termômetro m(dico comuma& 3$,84ºC, '& sim, ois o /ermme/ro com(m /em (ma reciso de ",1 ra(.
Jassa do homem 0 ;2 Pg
calor espec#fico 0 A82 4Pg.Q temp. inicial 0 A;5C
Jassa da "gua 0 2,A%% Pg
calor espec#fico 0 18 4Pg.Q
)rec < )ced 0 2
temp.ini 0 1!5C
$m.c.6& homem < $m.c.6& l#quido 0 2 $;2 . A82 . $e A;&& < $2,A%% . 18 . $ e 1!&& 0 2 !A22e H21A!22 < 18,2Ae 1;8A!,A 0 2
12. Uma panela de cobre com massa igual a 2,%Pg cont(m 2,1;Pg de "gua a uma temperatura de
!2@ C. Um bloco de ferro de 2,!%Pg a 8%@C ( colocado na panela. Calcule a temperatura final, supondo que não ocorra perda de calor para o ambiente. C cu02,2H cal4g5C, C fe02,11 cal4g5C Res: 27,31ºC
$m.c.6&cobre < $m.c.6& "gua < $m.c.6& ferro 0 2 %22 . 2,2H . $ e !2& < 1;2 . 1,2 . $e !2& < !%2 . 2,11 . $ e 8%& 0 2 ;.e H2 < 1;2 . e A22 < !;,% . e !AA;,% 0 2 !,% e 0 ;;,%
Te = 27,31C
13. Um recipiente com massa despre+#vel cont(m 2,!%Pg de "gua a uma temperatura de ;%@C.
)uantos quilogramas de gelo a uma temperatura de 3!2@ C devem ser colocados na "gua para que a temperatura final do sistema se?a igual a A2@ CRes: ","!414 5
$m.c.6&gelo < $m.7F&"gua < $m.c.6& agua
11H,%m 0 11!%2
m = !4,14
14. Uma das e*tremidades de uma barra met"lica isolada ( mantida a 2@C por uma mistura de "gua
e gelo a outra e*tremidade encontra3se a 122@C. / barra possui 2,2cm de comprimento e uma seão reta com "rea igual a 1,!% cm !. O calor indu+ido pela barra produ+ a fusão de 8,%g de gelo em 12 minutos. /che a condutividade t(rmica k do metal. 6o(o: Fusão do geloV ) 0 m.7
= 0 )4t
09 ) 0 8,% : ;H,% 0 ;%,; cal 0 !8!8,;
09 = 0 !8!8,; 4 22s 0 ,;1 W
09 P 0 = . 7 4 $/ . $ ! 1& 0 22$,3 m.9 1%. )ual ( a ta*a de irradiaão de energia por unidade de "rea de um coro nero que est" a uma
temperatura de a& !;A Q e b& !;A2 Q6o(o:
= 0 e. / . X .
Emissiidade do coro nero =; e = 1
=4/0 X . a& =4/0%,;*1238 : $!;A& 0 A1,H W4m!, '& =4/0%,;*1238:$!;A2&0A1,H*12 % W4m!
1$. / emissividade do tungstMnio ( igual a 2,A%. Uma esfera de tungstMnio com raio igual a 1,%m
est" suspensa no interior de um grande recipiente sob v"cuo cu?as paredes estão a !H2 Q. )ue potMncia deve ser fornecida Y esfera para manter a sua temperatura a A222 Q despre+ando3se a conduão de calor ao longo do suporte da esfera. 6o(o:
=Zes 0 ='mi =Zec ='mi 0 [ . X . / . $ res < rec& 0 2,A%:%,;.12 38::\:$1,%&!:$A222
uma camada de gelo. ]or que o gelo não se forma no volume total do lago- b& Jostre que a espessura da camada de gelo da superf#cie do lago ( proporcional Y rai+ quadrada do tempo quando o calor de fusão da "gua que se congela abai*o da camada de gelo for condu+ido atrav(s dela. c& Gupondo que a superf#cie superior da camada de gelo este?a a uma temperatura de 312@C e que a superf#cie inferior este?a a 2@C, calcule o tempo necess"rio para se formar uma camada de gelo com espessura de !% cm. d& Caso o lago na parte $c& possua uma profundidade igual a 2m, quanto tempo seria necess"rio para que ocorresse o congelamento do volume total do lago- 'sta situaão teria probabilidade de ocorrerc& ^! 0 P $! 1&4$_gelo.7F&.6t 18. Gabendo que a "rea total do corpo ( igual a 1,!2 m` e que a temperatura da superf#cie ( A2@ C,
calcule a ta*a total de transferMncia de calor do corpo por radiaão. Ge o meio ambiente est" a uma temperatura de !2@C, qual ( a ta*a resultante do calor perdido pelo corpo por radiaão- / emissividade do corpo ( pr*ima da unidade, independente da cor da pele. ='mi 0 [ . X . / . $ corpo& 0 %73,% =Zes 0 [ . X . / . $ corpo 3 meio& = 72," 1!. Uma placa quadrada de ao, com lado igual a 12 cm, ( aquecida em uma for?a de ferreiro at(
uma temperatura de 822@C. Gabendo que a emissividade ( igual a 2,2, qual ( a ta*a total de energia transmitida por radiaão='mi 0 [ . X . / . $ corpo& 0 4%",!%
2". Um recipiente aberto cont(m 2,%%2 Pg de gelo a 31%@C. / massa do recipiente pode ser
despre+ada. Fornecemos calor ao recipiente a uma ta*a de 822 4min durante %22 min. a& Tepois de quantos minutos o gelo começa a derreter- b& depois de quantos minutos, a partir do momento em que o aquecimento comeou, a temperatura comear" a se tornar maior do que 2oC- calor espec#fico do gelo 0 !2HA 4Pg.Q a& Calor de aquecimento do gelo 0 $m.c.6&gelo 0 2,%%2Pg . !2HA 4Pg.Q .1% Q 0 1;.!;,!% 1 min 0
822
x min
1;!;,!%
0
x = 21,%8 min
b& Calor de fusão do gelo 0 m . 7F 0 2,%%2Pg . AA!;8; 4Pg 0 18A2A!,8; empo 0 18A2A!,8;4822 0 !!8,;H min /emo /o/a = 21,%8 min 0 228,7! = 2%",37 min
21. )ual ( o calor transferido para a sua pele quando ela recebe calor liberadoV a& por !% g de vapor
d"gua inicialmente a 122@C quando ele se esfria at( atingir a temperatura da pele $A@C&- b& por !% g de "gua inicialmente a 122@C quando ele se esfria at( atingir A@C- c& o que vocM pode concluir acerca da queimadura provocada pela "gua quente e pelo vapora& Ge o vapor est" a 1225C ele deve condensar e a "gua, a 1225C, deve esfriar at( A5C. ]ortanto, o calor total liberado para a pele ser"V )total 0 m . 7c < $m.c.6& liq 0 !%g . $3%2cal4g& < !%g . 1,2cal4g5C . $A3122&5C 0 +/o/a = #1%.1%" ca
b& Ge a "gua est" a 1225C, então o calor cedido para a pele ser"V )total 0 $m.c.6&liq 0 !%g . 1,2cal4g5C . $A3122&5C 0 1$%" ca c& ]ortanto, a queimadura por vapor causa mais danos. 22. Um aba?ur possui uma lmpada de 1! W. / envoltria de vidro do bulbo da lmpada possui
"rea igual a !2 cm`. )ual ( a potMncia dissipada por essa lmpada por unidade de "rea da superf#cie=4/ 0 1!W4!2.123 m` 0 .222 W4m` 23. Guponha que a radiaão solar incidente por segundo sobre a superf#cie congelada de um lago
se?a igual a 22 W4m` e ;2N dessa energia se?a absorvida pelo gelo. )uanto tempo seria necess"rio para fundir uma camada de gelo com espessura !,%2 cm- / camada de gelo e a "gua embai*o dela estão a uma temperatura de 2@C. TadoV
=4/ 0 2,; . 22 W4m` 0 !2 W4m`
]ara fundir o gelo, a quantidade de calor seria 6) 0 m . 7 F. Gabendo que m 0 _.I 0 _./.h, então, = 0 6)46t 0 _ . / . h. 7 F 4 6t . 'ntão, o tempo ser"V 6t 0 _ . h. 7 F4$=4/& 0 H!2Pg4m . 2,2!%m . AA!;8; P4Pg 4 !2W4m` / = 18.224,"% s = 3"3,7 min
