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.