Exercicios Resolvidos de Termodinamica

Exercicios Resolvidos de Termodinamica

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LISTA 4 - Prof. Jason Gallas, IF–UFRGS 25 de Fevereiro de 2004, as 4:43 a.m.

Exercıcios Resolvidos de Termodinamica

Jason Alfredo Carlson Gallas, professor titular de fısica teorica, Doutor em Fısica pela Universidade Ludwig Maximilian de Munique, Alemanha

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Fısica

Materia para a QUARTA prova. Numeracao conforme a quarta edicao do livro “Fundamentos de Fısica”, Halliday, Resnick e Walker.

Esta e outras listas encontram-se em: http://www.if.ufrgs.br/ jgallas

Conteudo

20.1 Questoes2
20.2 Exercıcios e Problemas2

20 Calor e a Lei da Termodinamica 2

e lıquidos2
meira lei da termodinamica4
20.2.3 A transferencia de calor5
20.2.4 Problemas Adicionais6

20.2.1 A absorcao de calor por solidos 20.2.2 Alguns casos especiais da pri-

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20 Calor e a Lei da Termodinamica

20.1 Questoes

Q-4.

O calor pode ser absorvido por uma substancia sem que esta mude sua temperatura. Esta afirmacao contradiz o conceito do calor como uma energia no processo de transferencia, devido a uma diferenca de temperatura?Nao. Um sistema pode absorver calor e utilizar essa energia na realizacao de um trabalho; a temperatura do sistema nao muda e nao e violado o princıpio da conservacao da energia.

Q-7. Um ventilador nao esfria o ar que circula, mas o esquen- ta levemente. Como pode, entao, lhe refrescar?O movimento do ar estabelece uma corrente de conveccao, com o ar mais quente subindo, e o ar mais frio ocupando-lhe o lugar, refrescando o ambiente.

Q-14.

Voce poe a mao dentro de um forno quente para tirar uma forma e queima seus dedos nela. Entretanto, o ar em torno dela esta a mesma temperatura, mas nao quie- ma seus dedos. Por que?Porque a forma, feita de metal como o alumınio, por exemplo, conduz muito melhor o calor do que o ar.

Q-20.

Os mecanismos fisiologicos, que mantem a temperatura interna de um ser humano, operam dentro de uma faixa limitada de temperatura externa. Explique como essa faixa pode ser aumentada, para os dois extremos, com o uso de roupas.No verao, usam-se roupas claras, que refletem a radiacao, e soltas, que favorecem a conveccao do ar, ventilando o corpo. Com as roupas mais grossas de inverno, a camada de ar junto da pele, aquecida por irradiacao do corpo, funciona como isolante termico.

Q-27.

Discuta o processo pelo o qual a agua congela, do ponto de vista da primeira lei da termodinamica. Lembre-se que o gelo ocupa um volume maior do que a mesma massa de agua.Pela primeira lei, tem-se para o processo

. O calor Q e removido da agua, e, portanto, igual a , o calor de fusao do gelo. O trabalho e da- do por , sendo p a pressao atmosferica.e maior que , sendo o trabalho positivo. Entao, a variacao da energia interna e , sendo, portanto, negativa.

Q-31. Por que as panelas de aco frequentemente possuem uma placa de cobre ou alumınio no fundo?Porque o cobre e o alumınio conduzem mais eficientemente o calor do que o aco.

20.2 Exercıcios e Problemas

E-6.

Quanta agua permanece lıquida apos kJ de calor serem extraıdos de g de agua, inicialmente no ponto de congelamento?E necessario extrair J para solidificar todaa massa de agua. Com os J extraıdos, so e possıvel solidificar parte da agua:

Portanto, g permanecem no estado lıquido.

E-13.

Um objeto de massa de kg cai de uma altura de m e, por meio de uma engrenagem mecanica, gira http://www.if.ufrgs.br/ jgallas Pagina 2 de 7

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uma roda que desloca kg de agua. A agua esta inicialmente a . Qual o aumento maximo da tem- peratura da agua?A energia potencial gravitacional perdida pelo objeto na queda e:

que correspondem a cal. O aumento de temperatura produzido na agua sera de:

P-18.

Calcule o calor especıfico de um metal a partir dos seguintes dados. Um recipiente feito do metal tem massa de kg e contem kg de agua. Uma peca de kg deste metal, inicialmente a , e colocada dentro da agua. O recipiente e a agua tinham inicialmente a temperatura de e a final do sistema foi de

.A agua absorve parte do calor cedido pela peca: agua agua agua

O recipiente feito do metal absorve outra parte do calor cedido pela peca:

O calor cedido pela peca e igual a:

peca peca metal metalmetal Reunindo as quantidades calculadas, vem:

agua metal pecametal metalmetal

P-24.

Um bloco de gelo, em seu ponto de fusao e com massa inicial de kg, desliza sobre uma superfıcie horizontal, comecando a velocidade de m/s e finalmente parando, depois de percorrer m. Calcule a massa de gelo derretido como resultado do atrito entre o bloco e a superfıcie. (Suponha que todo o calor produzido pelo atrito seja absorvido pelo bloco de gelo.)A desaceleracao do bloco e dada por:

O calor produzido pelo atrito e dado por:

A massa de gelo derretido e:

P-30.

(a) Dois cubos de gelo de g sao colocados num vidro contendo g de agua. Se a agua estava inicialmente a temperatura de e se o gelo veio diretamente do freezer a , qual sera a temperatura final do sistema quando a agua e o gelo atingirem a mesma temperatura? (b) Supondo que somente um cubo de gelo foi usado em (a), qual a temperatura final do sistema?

Ignore a capacidade termica do vidro.(a)Se a agua resfriar ate , o calor fornecido por ela sera de agua agua agua

Para o gelo chegar a , necessita-se:

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