SEGUNDA_LISTA_FISICA_II

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FÍSICA II 
LISTA DE PROBLEMAS 2009/02 
 
1 – (a) Em 1964, a temperatura na aldeia siberiana Oymyakon chegou a -71ºC. A que temperatura isso 
corresponde na escala Fahrenheit? (b) A temperatura mais alta já registrada nos Estados Unidos foi de 134ºF, 
no Vale da Morte, na Califórnia. Qual o valor desta temperatura na escala Celsius? Resposta (a) – 96 (b) 56,7 
 
2 – Uma barra de aço mede exatamente 20 cm a 30ºC. Qual o seu comprimento a 50ºC? Resposta 20,0044 cm 
 
3 – Uma barra mede exatamente 20,05 cm, medidos com uma régua de aço a 20ºC. Colocamos a barra e a régua 
num forno a 270ºC, e nestas condições, medimos a barra com a régua, obtendo 20,11 cm. Qual o coeficiente de 
dilatação da barra? Resposta 23 . 10 – 6 /oC 
 
4 – Uma janela de vidro mede exatamente 20 x 30 cm a 10°C. De quanto aumenta a sua área, quando a 
temperatura é 40°C? Resposta 0,32 cm2 
 
5 – Um cubo de latão tem aresta 30 cm. Qual o aumento de sua área, se a temperatura subir de 20 para 47°C? 
Resposta 5,54 cm2 
 
6 – Qual o volume de uma bola de chumbo a 30°C, se a 60°C é 50 cm
3
? Resposta 49,87 cm3 
 
7 – Um médico de dietas encoraja a ingestão de água muito gelada. Esta teoria considera que o corpo precisa 
queimar gordura para elevar a temperatura da água de 0,00°C até a temperatura do corpo (37°C). Quantos litros 
de água a 0°C precisam ser consumidos para queimar 454g (cerca de 1 lb) de gordura, suponho que este 
processo queime 3.500 Cal? Porque não é aconselhável seguir esta dieta? Um litro = 10
3
. A densidade da água é 
de 1,00g/cm
3
. Resposta 9,46 . 104 g ou 94,6 L 
 
8 – Uma panela de cobre de 150g contém 220g de água, ambas a 20,0°C. Um cilindro de cobre muito quente de 
300g é colocado dentro da água, fazendo com que ele ferva, com 5,00g sendo convertidos em vapor. A 
temperatura final do sistema é 100°C. (a) Quanto calor foi transferido para a água? (b) E para a panela? (c) 
Qual era a temperatura inicial do cilindro? Resposta (a) 20,3 Kcal (b) 1,11 Kcal (c) 873oC 
 
9 – Calcule o valor específico de um metal a partir dos seguintes dados. Um recipiente feito do metal tem massa 
de 3,6 kg e contém 14 kg de água. Uma peça de 1,8 kg deste metal, inicialmente a 180°C, é colocada dentro da 
água. O recipiente e a água tinham inicialmente a temperatura de 16°C e a final do sistema foi de 18°C. 
Resposta 0,098 cal/goC 
 
10 – (a) Dois cubos de gelo de 50g são colocados num vidro contendo 200g de água. Se a água estava 
inicialmente à temperatura de 25°C e se o gelo veio diretamente do freezer a -15°C, qual será a temperatura 
final do sistema quando a água 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? Ignora a capacidade térmica do vidro. Resposta (a) 
16,6oC (b) 0oC 
 
11 – Considere que 200 J de trabalho são realizados sobre um sistema e 70,0 cal de calor são extraídos dele. Do 
ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, quais os valores (incluindo sinais algébricos) de (a) W, (b) Q e 
(c) 
int
∆Ε ? Resposta (a) – 200J (b) – 293J (c) – 93J 
 
12 – Um gás dentro de uma câmara passa pelo ciclo mostrado na figura 20-20. Determine o calor total 
adicionado ao sistema durante o processo CA, e se o calor QAB adicionado ao sistema durante o processo AB 
for 20,0 J; nenhum calor for transferido durante o processo BC; e o trabalho total realizado durante o ciclo for 
15,0 J. Resposta – 5J 
 
13 – Uma quantidade de uma gás ideal a 10,0°C e à pressão de 100 kPa ocupa um volume de 2,50 m
3
. (a) 
Quantos moles do gás estão presentes? (b) Se a pressão for elevada para 300 kPa e a temperatura para 30,0°C, 
qual o volume que o gás ocupará? Suponha que não haja perdas. Resposta (a) 106 (b) 0,892 m3 
 
14 – Um pneu de automóvel tem um volume de 1.000 pol
3
 e contém ar à pressão manométrica de 24,0 lb/pol
2
, 
quando a temperatura é 0,00C. Qual a pressão manométrica do ar no pneu, quando sua temperatura sobe para 
27°C e seu volume para 1.020 pol
3
? (Sugestão: não é necessário converter unidades inglesas para unidades 
internacionais; por quê? Use Patm = 14,7 lb/pol
2
.) Resposta 26 lb/pol2 
 
15 – Calcule um trabalho realizado por um agente externo, durante uma compressão isotérmica de 1,00 mol de 
oxigênio, de um volume de 22,4 L a 0°C e pressão de 1,00 atm, para 16,8 L. Resposta – 653 J 
 
16 – (a) Qual o número de moléculas por metro cúbico no ar a 20°C e à pressão de 1,0 atm ( = 1,01 x 10
5
 Pa)? 
(b) Qual a massa de 1 m
3
 desse ar? (c) Suponha que 75% das moléculas sejam de nitrogênio (N2) e 25 % de 
oxigênio (O2). Resposta (a) 2,5 . 10 
25 (b) 1,2 Kg 
 
17 – Um recipiente contém dois gases ideais. Estão presentes dois moles do primeiro gás, como massa molar 
M1. O segundo tem massa molar M2 = 3 M1, e há 0,5 mol deste gás no recipiente. Qual fração da pressão total 
nas paredes do recipiente é devida ao segundo gás? (A explicação da teoria cinética para a pressão leva à lei de 
pressões parciais, descoberta experimentalmente, para uma mistura de gases que não reagem quimicamente: a 
pressão total exercida pela mistura é igual ao somatório das pressões que os gases presentes poderiam exercer 
separadamente, se cada um ocupasse o recipiente sozinho). Resposta 1/5 
 
18 – Uma máquina térmica absorve 52 kcal de calor e rejeita 36 kcal de calor em cada ciclo. Calcule (a) 
Eficiência; (b) O trabalho realizado em quilocalorias por ciclo. Resposta (a) 30% (b) 16 Kcal 
 
19 – O motor de um carro realiza 8,2 kJ de trabalho por ciclo. (a) Antes de uma revisão, a eficiência é, 25%. 
Calcule, por ciclo, o calor absorvido da queima do combustível e o calor rejeitado para a atmosfera; (b) Depois 
de uma revisão, a eficiência é, 31%. Quais os novos valores das quantidades calculadas em (a)? Resposta (a) 
33 KJ (b) 25 KJ 
 
20 – Calcule a eficiência de uma usina que utiliza combustíveis fósseis, consumindo 380 toneladas métricas de 
carvão por hora para produzir trabalho útil à taxa de 750 MW. O calor de combustão de 1,0 kg de carvão é 28 
MJ. Resposta 25% 
 
21 – Um refrigerador realiza 150 J de trabalho para retirar 560 J de calor de uma câmara fria. (a) Qual é o 
coeficiente de performance do refrigerador? (b) Quanto calor é injetado na cozinha, por ciclo? Resposta (a) 3,7 
(b) 710 J 
 
22 – Para fazer gelo, um freezer extrai 42 kcal de calor de um reservatório a -12°C em cada ciclo. O coeficiente 
de performance do freezer é 5,7. A temperatura do ambiente é 26°C. (a) Quanto calor, por ciclo, é rejeitado para 
o ambiente? (b) Qual a quantidade de trabalho por ciclo é necessária para manter o freezer em funcionamento? 
Resposta (a) 49 Kcal (b) 31 KJ 
 
23 – Uma máquina térmica a gás ideal opera num ciclo de Carnot entre 235°C e 115°C. Ela absorve 6,30 x 10
4
 
cal por ciclo no reservatório à alta temperatura. (a) Qual a eficiência da máquina? (b) Quanto trabalho por ciclo 
esta máquina é capaz de realizar? Resposta (a) 23,6 % (b) 1,49 . 10 4 J 
 
24 – Num reator nuclear de fusão hipotético, o combustível é deutério (D) gasoso à temperatura de 70 x 10
8
 K. 
Se este gás pudesse ser usado para operar uma máquina térmica ideal com Tc = 100°C, qual seria a sua 
eficiência? Resposta 99,99995 % 
 
25 – Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 22%. Ela opera entre reservatórios térmicos cujas 
temperaturas diferem por 75°C. Quais são as temperaturas dos reservatórios? Resposta 266 K 
 
26 – Um condicionador de ar ideal e reversível retira calor de um quarto a 70°F e o transfere para o ambiente, 
que está a 96°F. Para cada joule de energia elétrica necessária para operar o condicionador de ar, quantos joules 
de calor são removidos do quarto? Resposta 19,6 J 
27 – (a) Uma máquina de Carnot opera entre uma fonte quente a 320 K e uma fria a 260 K. Se ela absorve 500 
J de calor por ciclo na fonte quente, quanto trabalho por ciclo realiza? (b) Se a mesma máquina, trabalhando em 
sentido contrário, funciona como um refrigerador entre as mesmas fontes térmicas,quanto trabalho por ciclo 
deve ser fornecido para remover 1.000 J de calor da fonte fria? Resposta (a) 94 J (b) 231 J 
 
28 – O motor de um refrigerador tem 200 W de potência. Se o compartimento frio está a 270 K e o ar em volta 
a 300 K, qual a quantidade máxima de calor que pode ser extraída do compartimento frio, supondo eficiência 
ideal, em 10 min? Resposta 1,08 . 10 6 J 
 
29 – Encontre (a) o calor absorvido e (b) a variação de entropia de um bloco de cobre de 1,0 kg, cuja 
temperatura é aumentada reversivelmente de 25 a 100°C. O calor especifico do cobre é 9,2 x 10
-2
 cal/g
.
°C. 
Resposta (a) 6900 cal (b) 173 J/K 
 
30 – Um gás ideal passa por uma expansão isotérmica a 77°C, aumentando seu volume de 1,30 para 3,40 L. A 
variação de entropia do gás é 22,0 J/K. Quantos moles do gás estão presentes? Resposta 2,75 mol 
 
31 - Um gás ideal passa por uma expansão isotérmica reversível a 132°C. A variação de entropia é 46,0 J/K. 
Quanto calor foi absorvido? Resposta 4450 cal 
 
32 – Um mol de gás ideal expande isotermicamente a 360 K até que seu volume dobre de valor. Qual o 
aumento na entropia do gás? Resposta 5,76 J/K 
 
33 – Numa experiência de calores específicos, 200 g de alumínio (c = 0,215 cal/g
.
°C) a 100°C se misturam com 
50,0 g de água a 20,0°C. (a) Ache a temperatura de equilíbrio. Encontre a variação de entropia (b) do alumínio 
e (c) da água. (d) Calcule a variação de entropia do sistema. (Sugestão: veja as Eqs. 22-26 e 22-27.) Resposta 
(a) 57oC (b) – 22 J/K (c) 25 J/K (d) 3 J/K 
 
34 – Um cubo de gelo de 10 g a -10°C é colocado num lago que está a 15°C. Calcule a variação de entropia do 
sistema quando o cubo de gelo atingir o equilíbrio térmico com o lago. O calor específico do gelo é 0,50 
cal/g
.
°C. (Sugestão: O cubo de gelo afetará a temperatura do lago?) Resposta 0,75 J/K 
 
35 – Quatro moles de um gás ideal expandem de um volume V1 para um volume V2 = 2 V1. (a) Se a expansão é 
isotérmica a T = 400 k, encontre o trabalho realizado pelo gás. (b) Ache a variação de entropia, se houver 
alguma. (c) Se a expansão é reversivelmente adiabática em vez de isotérmica, qual a variação de entropia? 
Resposta (a) 9,22 . 103 J (b) 23 J/K (c) 0 
 
36 – Um bloco de 50 g de cobre a 400 K é colocado em uma caixa isolante junto com um bloco de 100 g de 
chumbo a 200 K. (a) Qual a temperatura de equilíbrio do sistema formado pelos dois blocos?(b) Qual a 
variação de energia interna do sistema, desde quando os blocos são postos em contato até o equilíbrio ser 
atingido; (c) Qual a variação de entropia do sistema? (Veja Tabela 20-1.) Resposta (a) 320 K (b) 0 (c) 1,72 J/K 
 
 
Prof. Moisés Neto.