Problemas Resolvidos de Física Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES

________________________________________________________________________________________________________ Halliday, Resnick, Walker - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996. Cap. 20 – Calor e Primeira Lei da Termodinâmica

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HALLIDAY, RESNICK, WALKER, FUNDAMENTOS DE FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE JANEIRO, 1996.

FÍSICA 2

CAPÍTULO 20 – CALOR E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

17. Uma panela de cobre de 150 g contém 220 g de água, ambas a 20,0oC. Um cilindro de cobre

muito quente de 300 g é colocado dentro da água, fazendo com que ela ferva, com 5,00 g sendo convertidos em vapor. A temperatura final do sistema é 100oC. (a) Quanto calor foi transferido para a água? (b) E para a panela? (c) Qual era a temperatura inicial do cilindro? (Pág. 198)

Solução. (a) O calor total recebido pela água Qa é dividido em calor gasto para aquecimento de T0 = 20,0oC para T = 100oC (sensível, Qa,s) e calor gasto para promover a mudança de fase para vapor (latente, Qa,l): , ,a a s a l a a a v vQ Q Q m c T L m= + = ∆ +

Na expressão acima, ma e mv são as massas de água e de vapor d’água, ca é o calor específico da água e Lv é o calor latente de vaporização da água. ( )( )( ) ( )( )o o220 g 1,00 cal/g. C 80 C 538,9 cal/g 5,00 g 20.294,5 calaQ = + =

20,3 kcalaQ ≈

(b) A panela recebeu apenas calor de aquecimento de T0 = 20,0oC para T = 100oC: ( )( )( )o o150 g 0,0923 cal/g. C 80 C 1.107,6 calp p p pQ m c T= ∆ = =

1,11 kcalpQ ≈

(c) A temperatura inicial do cilindro de cobre pode ser obtida por meio do balanço da energia trocada no âmbito do sistema. Na expressão abaixo, Qc é o calor cedido pelo cilindro. 0c p aQ Q Q+ + =

0c c c p am c T Q Q∆ + + =

( )( ) ( ) ( ) ( )o o300 g 0,0923 cal/g. C 100 C 1.107,6 cal 20.294,5 cal 0cT − + + =

( ) ( ) ( ) ( )o2.769 cal 27,69 cal/ C 1.107,6 cal 20.294,5 cal 0cT− + + =

( ) ( )o27,69 cal/ C 24.171,1 calcT =

o872,9180 CcT =

o873 CcT ≈