Lista de Exercícios - Módulo II - Termologia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA 
Instituto de Física 
Coordenação do Curso de Física 
MINICURSO DE FÍSICA DE NÍVEL MÉDIO 
SEGUNDO COLEGIAL 
 
 
Lista de Exercícios – Termologia 
 
 
 
 
Coordenador: 
 
Prof. Dr. Noelio Oliveira Dantas 
 
Estágio Docência: 
 
Alessandra dos Santos Silva 
 
Professores: 
 
Alexander da Silva Santos 
Bruno Felix 
Gabriel Adriano Pizzi 
Ramon Guilherme Dornelas 
 
Monitores: 
 
Aline Goulart 
Almir Nunes 
Bruno Zapola 
Eurípedes Luís Barroso Neto 
Fábio dos Santos Vaz 
Marcos Garcia de Oliveira Júnior 
Maryelly S. Faria 
 
 
Termometria 
 1 - A tabela a seguir apresenta o resultado de duas leituras feitas num medidor de 
temperatura em °F que relaciona a temperatura com a altura da coluna de mercúrio. 
 
Leitura Temperatura (°F) Altura 
1ª 10 unidades 5 cm 
2ª 90 unidades 45 cm 
 
a) Determine a equação termométrica desse medidor. 
b) Determine a temperatura quando a altura da coluna é 25 cm. 
c) Calcule a altura da coluna de mercúrio quando a temperatura é 100 °F 
 
2 - Quando o bulbo de um termômetro de gás, a volume constante, está imerso no gelo 
fundente, a pressão do gás é 51,3 cm de Hg. Em presença de água em ebulição, sob pressão 
normal, a pressão do gás passa a 70,3 cm de Hg. Calcule a temperatura em °C, quando a 
pressão do gás for 80 cm de Hg. 
 
3 - Um tubo capilar contém ar isolado da atmosfera por uma gota de mercúrio que pode 
movimentar-se livremente no tubo 
 Sabe-se que: 
1) Com o tubo mergulhado até a gota de mercúrio numa mistura de gelo e água a 0°C, d = 
10,0 cm; 
2) Com o tubo no vapor de água em ebulição a 100 °C, d = 13,6 cm; 
3) Com o tubo a temperatura ambiente do laboratório, d = 10,9 cm. 
 Determine a temperatura do laboratório. 
 
4 - A temperatura normal do corpo humano é de 36°C. Qual é essa temperatura em 
Fahrenheit e Kelvin? 
 
5 - Transformar 104°F nas escalas Celsius e Kelvin. 
 
6 - Representamos, graficamente, as escalas de graduação de três termômetros A, B, C. 
 
 
As temperaturas de referência foram obtidas do gelo fundente e dos vapores da água em 
ebulição. Calcule o número de graus a que corresponde em cada escala, uma temperatura de 
50°F. 
 
7 - A temperatura mais baixa registrada certo dia, num posto meteorológico instalado no 
continente antártico, foi de x°C. Se o termômetro utilizado fosse graduado segundo a escala 
Fahrenheit, a leitura registrada teria sido oito unidades mais baixa. Determine a temperatura 
mínima registrada no mencionado posto meteorológico, no dia considerado. 
 
8 - (ITA-SP) Um pesquisador achou conveniente construir uma escala termométrica (escala 
P), baseada nas temperaturas de fusão e ebulição do álcool etílico tomadas como pontos 
zero e cem da sua escala. Acontece que na escala Celsius aqueles dois pontos extremos da 
escala do pesquisador têm valores -118°C e 78°C. Ao usar o seu termômetro para medir a 
temperatura de uma pessoa com febre, o pesquisador encontrou 80 graus P. Calcule a 
temperatura da pessoa doente em graus Celsius (°C). 
 
Dilatação Térmica 
1 - Uma barra de ferro tem comprimento 10 m a 0°C. Sabendo que o coeficiente de 
dilatação linear do ferro é igual a 12 . 10 -6°C-1, Calcule: 
a) O comprimento final da barra a 20°C; 
b) O comprimento final da barra a -30°C. 
 
2 - A que temperatura deve encontrar-se uma trena de aço para que seu comprimento seja 
0,5 mm maior do que o comprimento de 2000 mm que ela possuiu á temperatura de 0°C? O 
coeficiente de dilatação linear do aço vale 1,0 . 10-5°C-1. 
 
3 - Uma barra de comprimento x a 0°C é aquecida e tem seu comprimento l em função do 
aumento de temperatura t dado pelo gráfico: 
 
a) Qual o coeficiente de dilatação linear desse material? 
b) Qual o comprimento x da barra? 
 
4 - Uma barra de metal mede 1,100 m a 0°C. Tal barra, posta num forno, e decorrido certo 
tempo, aumenta o comprimento e se torna igual a 1,107 m. Sabendo que o coeficiente de 
dilatação linear do metal é 12 . 10-6°C-1, calcule a temperatura do forno. 
 
5 - (EEM-SP) O aro da roda de uma locomotiva é feito de aço e tem diâmetro interno 58,45 
cm. Ele deve ser montado na "alma" da roda, que é de ferro fundido, e tem diâmetro 58,55 
cm. Esses dois diâmetros foram medidos á mesma temperatura q = 25 °C. Os coeficientes 
de dilatação linear do ferro fundido e do aço, supostos constantes, são respectivamente, aFe 
= 8 . 10-6°C-1 e aaço = 12 
. 10-6°C-1 . A duas peças são colocadas numa estufa e depois de 
aquecidas são montadas, formando o conjunto. Qual a menor temperatura das peças para 
que a montagem seja possível? 
 
6 - Um círculo de aço homogêneo, de raio 10 cm e coeficiente de dilatação linear 
1,2 . 10-6°C-1 , tem sua temperatura alterada de 10°C para 110°C. Calcule a dilatação 
superficial sofrida pelo círculo nessa variação de temperatura p = 3,14. 
 
7 - Uma placa de aço tem um furo circular de 2 cm² de área a 10ºC. Determine a área do 
orifício se a placa for aquecida a 1010 °C, sabendo que o coeficiente de dilatação linear do 
aço é 11 . 10-6°C-1 . 
 
8 - Um recipiente de cobre tem 1000 cm³ de capacidade a 0°C. Sabendo que o coeficiente 
de dilatação linear do cobre é igual a 17 . 10-6°C-1, calcule a capacidade do recipiente a 
100°C. 
 
9 - Aumentando -se a temperatura de um corpo de 100°C, seu volume aumenta 0,06%. 
Calcule o coeficiente de dilatação volumétrica desse corpo. 
 
10 - (PUC-PR) Um recipiente de vidro, do tipo usado para acondicionar geléia, palmito ou 
azeitona, é fechado por uma tampa metálica. Quando há dificuldade em abri-lo, é usual 
mergulhar sua parte superior, que se encontra tampada, em água quente. Isso facilita a sua 
abertura. Explique, usando conceitos da Física, por que esse procedimento funciona. 
 
11 - (PUC-SP) Ao guardar dois copos de vidro iguais, uma dona de casa encaixou um 
dentro do outro. Quando foi utilizá-los de novo, os dois estavam presos e ela não conseguiu 
separá-los. Resolveu, então, colocar água quente no copo interno. Você acha que ela teve 
sucesso? Explique e, em caso negativo, sugira outro procedimento prático para separar os 
copos, evitando que eles quebrem. 
 
12 - (PUC-SP) O tanque de 45 l de um automóvel é totalmente preenchido com álcool 
numa noite fria (5°C). Em seguida, o motorista guarda o veículo na garagem. Se a 
temperatura ambiente, na manha seguinte, for de 25°C, quanto de álcool terá vazado do 
tanque pelo ladrão? Despreze a dilatação do tanque. Dado: coeficiente de dilatação real do 
álcool etílico: g = 1,12 . 10-3°C-1. 
 
13 - (Fuvest-SP) A 10°C, 100 gotas idênticas de um líquido ocupam um volume de 1,0 cm³. 
A 60°C, o volume ocupado pelo líquido é de 1,01 cm³. Calcule: 
a) A massa de 1 gota de líquido a 10°C, sabendo que a sua densidade, a esta temperatura, é 
de 0,90 g/cm³; 
b) O coeficiente de dilatação volumétrica do líquido. 
 
Calorimetria 
1 - Sabendo que 1 cal = 4,8 J: 
a) Transforme 20 Kcal em joule; 
b) Transforme 8000 J em caloria. 
 
2 – Um bloco de cobre com 200g sofre um aquecimento de 25°C para 70°C. O calor 
específico do cobre é igual a 0,093 . 
a) Qual a quantidade de calor recebida pelo bloco? 
b) Determine a capacidade térmica do bloco. 
 
3 – Sabendo que o calor específico do ferro é de aproximadamente 0,1 , calcule a 
quantidade de calor para elevar 15°C a temperatura de um pedaço de 80g desse material. 
 
4 – Um corpo de massa igual a 1 kg recebeu 10 kcal e sua temperatura passou de 50°C para 
100°C. Qual é o calor específico desse corpo? 
 
5 – (Fuvest-SP) Quantas calorias são necessárias para aquecer 200 l de água, de 15°C a 
70°C? Dados: densidade da água = 1 kg/ l e calor específico da água = 1 . 
Qual a potência necessária para realizar essa operação em 3 horas? Considere 1 cal = 4,2 J. 
 
6 – Um calorímetro contém 90g de água á temperatura ambiente de 25°C. Coloca-se em 
seu interior um bloco de ferro de massa 100g e temperatura de 90°C. Atingindo o equilíbrio 
térmico,o termômetro acusa 30°C. Sabendo que os calores específicos da água e do ferro 
são, respectivamente, 1,00 cal/g . °C e 0,11 cal/g . °C, calcule a capacidade térmica do 
calorímetro. 
 
7 – (Vunesp-SP) Na cozinha de um restaurante há dois caldeirões com água, um com 20°C 
e outro a 80°C. Quantos litros se devem pegar de cada um para obter, após a mistura, 10 l 
de água a 26°C? 
 
8 – (Unicamp-SP) Um rapaz deseja tomar banho de banheira com água á temperatura de 
30°C, misturando água quente e fria. Inicialmente, ele coloca na banheira 100 l de água fria 
a 20°C. Desprezando a capacidade térmica da banheira e a perda de calor da água, 
responda: 
a) Quantos litros de água quente, a 50°C, ele deve colocar na banheira? 
b) Se a vazão da torneira de água quente é de 0,20 l/s, durante quanto tempo a torneira 
deverá ficar aberta? 
 
9 – (FEI-SP) O calorímetro da figura de capacidade térmica desprezível, tem um furo F. 
Colocaram-se no calorímetro m1 = 30g de gelo fundente (q1 = 0°C), calor latente de fusão 
L = 80 cal/g, e m2 = 100 g de um metal de calor específico c = 0,20 cal/g°C á temperatura 
qm. Atingido o equilíbrio térmico entre o gelo e o metal, observou-se que restou da 
massa inicial do gelo. Qual a temperatura qm? 
 
 
10 – Certo metal tem calor específico c = 0,20 cal/g . K no estado sólido, ponto de fusão 
qf = 1300 K, calor de fusão L = 50 cal/g. Uma amostra desse metal tem massa m = 100 g e 
apresenta-se, inicialmente, á temperatura qi = 300 K. É fornecido calor á amostra, até a 
metade dela se fundir. Determine a quantidade de calor recebida pela amostra. 
 
11 – No interior de um forno de microondas de 1200 W são colocados 900 g de gelo a 0°C 
para serem transformadas em água também a 0°C. Admitindo que toda a energia fornecida 
pelo forno será absorvida pelo gelo, determine por quanto tempo o forno de microondas 
deve ser programado pra funcionar. 
Dados calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g. 
 1 cal = 4 J 
 
12 – Um corpo inicialmente sólido de massa 80g, recebe calor e sofre variação de 
temperatura conforme indica o gráfico a seguir. 
 
 Determine: 
a) A temperatura de fusão da substância; 
b) O calor latente de fusão do corpo; 
c) O calor específico do corpo no estado sólido. 
 
13 – (PUC-SP) Numa cavidade localizada em um bloco de gelo (cgelo = 0,5 cal/g 
. °C) a 
-10°C é colocado um pedaço de 100 g de cobre (ccobre = 0,09 cal/g 
. °C), á temperatura de 
200°C. Calcule a massa de gelo que será fundida. 
Dados calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g 
 massa total do bloco de gelo = 280 g 
 
14 – (EEM-SP) Num calorímetro foram colocados um bloco de gelo de massa mg = 0,480 
kg, á temperatura t = -20°C, e um corpo metálico de massa m = 50,00 g, á temperatura de 
q = 600°C. Atingindo o equilíbrio térmico, observou-se o aparecimento de uma massa 
ma = 15,0 g de água proveniente da fusão do gelo. 
São dados: Ca = calor específico do gelo = 0,50 cal/g 
. °C 
 Lg = calor latente de fusão do gelo = 80cal/g 
 
a) Determine o calor específico do metal do corpo; 
b) Determine a quantidade de calor utilizada na fusão do gelo. 
 
15 – (Fuvest-SP) Colocam-se 50 g de gelo a 0°C em 100 g de água. Após certo tempo 
verifica-se que existem 30g de gelo boiando na água e em equilíbrio térmico. Admitindo-se 
que não ocorreu troca de calor com o ambiente e que o calor latente de fusão do gelo é 80 
cal/g, responda: 
a) Qual a temperatura final da mistura? 
b) Qual a temperatura inicial da água? 
 
Estudo dos Gases 
1 – (Faap-SP) Um recipiente que resiste até a pressão 3,0 . 105 Pa contém gás perfeito sob 
pressão 1,0 . 105 Pa e temperatura 27°C. Desprezando a dilatação térmica do recipiente, 
calcule a temperatura máxima que o gás pode atingir. 
 
2 – O gráfico ilustra a isoterma de uma certa quantidade de gás que é levado do estado A 
para o estado C. 
 
 Determine: 
a) O volume do gás no estado B; 
b) A pressão do gás no estado C. 
 
3 – Certa massa de gás sofre transformação do estado A para o estado B, conforme indica a 
figura. Determine a temperatura TA. 
 
 
4 – Certa massa de gás, inicialmente no estado 1, é levada, por transformações sucessivas, 
até o estado 3, conforme indica o diagrama. 
Determine: 
a) T1. b) V1. 
 
 
5 – (Vunesp-SP) Em 1992, comemoram-se os oitenta anos da descoberta dos raios 
cósmicos, que atualmente são objeto de pesquisa de cientistas russos e da Unesp por meio 
de balões estratosféricos. No lançamento desses balões, o invólucro impermeável que 
contém o gás é apenas parcialmente cheio, de forma a prever a grande expansão que o gás 
sofrerá a elevadas altitudes, onde a pressão é muito baixa. 
Suponha que um desses balões foi parcialmente preenchido com 300 m³ de gás hélio, 
medidos ao nível do mar, num dia em que a temperatura era de 27°C. Que volume o gás 
ocupará quando o balão estiver a 30 km de altura, onde a pressão do ar é 0,01 da pressão ao 
nível do mar e a temperatura -50°C? 
 
Termodinâmica 
1 – Em um processo á pressão constante de 2.105 N/m², um gás aumenta seu volume de 
8.10-6 m³ para 13.10-6 m³. Calcule o trabalho realizado pelo gás. 
 
2 - Numa expansão isobárica, um gás ideal realiza um trabalho mecânico de 1. 104 J. 
Sabendo que a pressão é de 2.105 N/m² e o volume inicial do gás é 6 m³, determine o 
volume final do gás após essa expansão. 
 
3 – Numa transformação isobárica, o volume de um gás ideal aumentou de 0,60 m³, sob 
pressão de 5,0 N/m². Durante o processo, o gás recebeu 5,0 J de calor do ambiente. 
Determine a variação de energia interna do gás. 
 
4 – Um sistema de volume inicial de 2,5.104 cm³. Fornecendo-lhe uma quantidade de calor 
igual a 500 cal e mantendo-se a pressão constante e igual a 1.105 N/m², a energia interna 
aumenta 800 J. Calcule o volume final do sistema. Adote 1 cal = 4,18 J. 
 
5 – O gráfico representa as transformações experimentadas por um gás ideal. 
a) Calcule o trabalho mecânico realizado pelo gás na expansão de A até C; 
b) Admita que, na transformação, o gás receba uma quantidade de calor igual a 100 J. 
Calcule a variação de energia interna do gás. 
 
 
6 – O gráfico mostra como varia a energia interna de um mol de oxigênio numa 
transformação isométrica, quando sua temperatura varia de 200 K a 300 K. Determine a 
quantidade de calor absorvida pelo gás na transformação. 
 
 
7 – Consideremos um gás ideal contido em um recipiente cilíndrico provido de um êmbolo 
móvel, que pode mover-se livremente sem atrito. Partindo do estado A, o gás sofre 
transformações vistas na figura. Determine o trabalho realizado (em joules) pelo gás 
A B C D. 
 
 
8 – Um gás perfeito está contido em um cilindro fechado com um pistão móvel. Esse 
sistema pode ser levado de um estado inicial, A, até um estado final, C, seguindo dois 
processos distintos, AC e ABC. No processo AC o sistema recebe 300 J de calor e no 
processo ABC recebe 270 J. 
Calcule: 
 
a) O trabalho realizado pelo sistema nos dois processos. 
b) A variação da energia interna do sistema ao ser levado de A para C e para ABC. 
 
9 – Um gás ideal sofre transformação cíclica ABCDA, conforme o gráfico: 
 
Determine: 
a) O trabalho realizado pelo gás em cada uma das etapas do ciclo; 
b) O trabalho total realizado pelo gás no ciclo; 
c) A quantidade de calor, em calorias, trocada com o ambiente e a variação da energia 
interna no ciclo. Adote 1 cal = 4,2 J. 
 
10 – Uma máquina térmica funciona realizando o ciclo de Carnot entre as temperaturas 800 
K e 400 K. Em cada ciclo a máquina recebe 1000 J de calor da fonte quente. 
a) Qual o calor rejeitado em cada ciclo? 
b) Qual o trabalho realizado pela máquina em cada ciclo? 
c) Calcule o rendimento da máquina. 
 
11 – Uma máquina térmica recebe 1000 cal de uma fonte quente e perde 800 cal para uma 
fonte fria em 2s. Sabendo que 1 cal = 4,18 J, determinea potência útil da máquina. 
 
12 – O rendimento de certa máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria 
atmosfera a 27°C. Determine a temperatura da fonte quente. 
 
13 – Calcule o rendimento de uma máquina térmica que segue o ciclo descrito pelo 
diagrama. 
 
Sabendo que ela absorve 8 . 104 J de energia térmica por ciclo, calcule o rendimento dessa 
máquina. 
 
14 – (PUC-SP) Um inventor afirmou ter construído uma máquina térmica cujo desempenho 
atinge 90% daquele de uma máquina de Carnot. Sua máquina que trabalha entre as 
temperaturas de 27°C e 327°C, recebe, durante certo período, 1,2 . 104 cal e fornece, 
simultaneamente, um trabalho útil de 1,0 . 104 J. 
a) A afirmação do inventor é verdadeira? Justifique. Dado: 1cal = 4,186 J. 
b) Se o trabalho útil da máquina térmica fosse exercido sobre o êmbolo móvel de uma 
ampola contendo um gás ideal, á pressão de 200 N/m², qual seria a variação de 
volume sofrida pelo gás, caso a transformação fosse isobárica? 
 
 
 
 
 
Respostas: 
 
Termometria: 
1. a) t = 2 h b) 50°F c) 50 cm 
2. 151 °C 
3. 25°C 
4. 96,8 °F e 309 K 
5. 40°C e 313 K 
6. 10°A, -20°B e 140°C 
7. -50°C 
8. 38,8°C 
 
Dilatação Térmica: 
1. a) 10, 0024 m b) 9,9964 m 
2. 25°C 
3. a) 5.105°C-1 b) 3,998 m 
4. 530°C 
5. 454,18°C 
6. 0,75 cm² 
7. 2,044 cm² 
 
8. 1005,1 cm³ 
 
9. 6 . 10-6°C1 
 
12. 1 l 
 
13. a) 9.10-3 g b) 2.10-4°C1 
 
 
Calorimetria: 
1. a) 83600J b) 1913,9 cal 
2. a) 837 cal b) 18,6 cal/°C 
3. 120 cal 
4. 0,2 
 
5. 1,1.107 cal e 4,28. 103 W 
6. 42 cal/°C 
7. 9 l e 1 l 
8. a) 50 l b) 250 s 
9. 80°C 
10. 22,5 Kcal 
11. 4 min 
12. a) 200 °C b) 2,5 cal/g c) 0,0012 
 
d) 0,037 
13. 5 g 
 
14. a) 0,20 b) 1200 cal 
 
15. a) 0°C b) 2 atm 
 
Estudo dos Gases: 
1. 627°C atm 
2. a) 8 l b) 2 atm 
3. 600 K 
4. a) K b) 1,8 l 
5. 22300 m³ 
 
Termodinâmica: 
1. 1 J 
2. 6,05 m³ 
3. 3 J 
4. 3,79.104 cm³ 
5. a) 80 J b) 20 J 
6. 500 cal 
7. 40 J 
8. a) 150 J e 120 J b) 150 J e 150 J 
9. a) zero; 10 J; 5,25 J e -7 J b)8,25 J c) 1,96 cal e zero 
10. a) 500 J b) 500 J c) 500% 
11. 418 W 
12. 127°C 
13. 25% 
14. b) 50 m ³