F 228 Primeiro semestre de 2010 Lista 7 Temperatura, Calor ... · 8) Uma barra de ouro (k = 314 W/m...
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F 228 – Primeiro semestre de 2010 – Lista 7
Temperatura, Calor e a Primeira Leia da Termodinâmica
1) Em um termômetro de gás a volume constante, a pressão a 20 °C é de 0,98 atm.
a) Qual a pressão a 45 °C?
b) Qual a temperatura se a pressão for 0,5 atm?
2) O coeficiente médio de expansão volumétrica do tetracloreto de carbono é
5,81 x 10-4
°C-1
. Se um recipiente de aço ( = 33x10-6
°C-1
) de 50 litros estiver
completamente cheio com tetracloreto de carbono quando a temperatura for 10 °C,
quanto de excesso derramará quando a temperatura se elevar para 30 °C?
3) Em um recipiente isolado, 250 g de gelo a 0 °C são adicionados a 600 g de água
a 18 °C.
a) Qual é temperatura final do sistema?
b) Quanto gelo permanece quando o sistema atinge o equilíbrio?
Dados: cagua = 4189 J/kg. °C, cgelo= 2220 J/kg. °C, Lfusão da água = 3,33 x 105 J/kg
4) Um cilindro de 10 cm de diâmetro contém gás argônio a uma pressão de 10 atm e
uma temperatura de 50 °C. Um pistão pode deslizar pela superfície interna do cilindro.
A altura inicial do cilindro é de 20 cm. 2500 J de calor são transferidos para o gás,
fazendo com que ele se expanda a pressão constante. Sabendo que a energia interna do
gás está relacionada com a pressão e o volume pela equação E = (3/2)PV, encontre:
a) A temperatura final do gás.
b) O comprimento final do cilindro.
5) Um gás realiza o processo cíclico mostrado na figura abaixo.
a) Encontre a energia resultante transferida para o sistema pelo calor durante um ciclo
completo.
b) Se o ciclo for revertido - isto é, se o processo seguir a trajetória ACBA – qual será a
entrada de energia resultante por ciclo pelo calor?
6) Uma amostra de gás é expandida para o dobro de seu volume original de 1 m
3 em um
processo par o qual p = V2
, onde = 5 atm/m6. Quanto trabalho é realizado sobre o gás
em expansão?
7) Uma amostra de 5 g de um gás monoatômico de massa molar hipotética M = 14g/mol
inicialmente a uma pressão de 3 atm e uma temperatura de 293 K, é submetida a uma
expansão isobárica até que seu volume seja triplicado. Sabendo que a relação entre
pressão, volume e temperatura nesse gás obedece a equação nRTpV , e que a relação
entre energia interna e temperatura obedece a equação E = (3/2)PV, onde n é o numero
de moles do gás, e R é uma constante (R = 8,31 J/mol K).Encontre:
a) O volume e temperatura do gás ao final da expansão.
b) A quantidade de energia térmica que é transferida para o gás ao final da expansão.
A seguir, a pressão do gás é reduzida, a volume constante, até que a temperatura
original seja novamente atingida.
c) Qual a pressão do gás após este processo?
d) Que quantidade de energia térmica é transferida do gás durante este processo?
e) Represente o processo inteiro em um diagrama PV. Escolha escalas adequadas para
os dois eixos.
8) Uma barra de ouro (k = 314 W/m °C) está em contato térmico com uma barra de
prata (k = 427 W/m °C) de mesmo comprimento e área. Uma extremidade da barra
composta é mantida a 80 °C e a extremidade oposta está a 30 °C. Quando a
transferência de energia atinge o estado estacionário, qual a temperatura na junção?
9) O vidro de uma janela (k = 0,8 W/m °C) tem área de 3 m
2 e espessura de 0,6 cm. Se a
diferença de temperatura entre as duas faces é 25°C, qual é a taxa de transferência de
energia pela condução através da janela?
10) A temperatura da superfície do Sol é de aproximadamente 5800 K. O raio do Sol é
6,96 x 108 m. Calcule a energia total irradiada pelo Sol a cada segundo. Considere que a
emissividade é de 0,965.