LE - calor - VE0922

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Problemas de calor – baseados no Tipler 
 
1) O corpo A tem o dobro da massa e o dobro do calor específico 
do corpo B. Se eles são fornecidos com quantidades iguais de calor, 
como as mudanças subsequentes em suas temperaturas são 
comparadas? 
 
2) Um adulto consome cerca de 2.500 kcal de comida por dia. (a) 
Qual o valor em joules? (b) Se essa energia consumida for 
dissipada ao longo de 24 horas, qual será sua potência média de 
saída em watts? (1 cal = 4,184 J) 
 
3) Quantos joules devem ser fornecidos para 60 g de gelo a -10°C 
derreter e ainda aumentar a temperatura da água até 40°C? 
 
4) Um forno de microondas "típico" tem um consumo de energia 
de cerca 1200 W. Estime quanto tempo deve levar para ferver um 
copo de água no microondas supondo que 50% do consumo de 
energia vai para o aquecimento da água. Essa estimativa combina 
com a experiência cotidiana? Considere um copo de 300 mL com 
água inicialmente a 20°C. 
 
5) Uma casa contém 105 kg de concreto (cconc = 1,00 kJ/kg·K). a) 
Qual calor liberado pelo concreto quando esfria de 25 para 20°C? 
b) Quantos quilogramas de gelo esse calor derreteria a zero grau 
Celsius? 
 
6) Um pedaço de alumínio de 50 g a 20°C é resfriado a -196°C 
colocando-o em um grande recipiente de nitrogênio líquido nessa 
temperatura. Quanto nitrogênio é vaporizado? (Assuma que o calor 
específico do alumínio é constante e é igual a 0,90 J/kg· K.) 
 
7) Um carro de 1400 kg viajando a 80 km/h é parado aplicando os 
freios. Se o calor específico de aço é 461 J/kg.K, que massa total 
de aço deve estar contida nos tambores de freio de aço para que a 
temperatura do freio não suba mais do que 120°C? 
 
8)Um copo de alumínio de 25 g contém 200 mL de água a 24°C. 
Se dois cubos de gelo de 15 g cada, a uma temperatura de -3°C, 
são colocados no copo, qual é a temperatura final da bebida? 
Despreze a condução térmica entre o copo e a sala. 
 
9)Um bloco de cobre de 3,5 kg a uma temperatura de 80°C é jogado 
em um balde contendo uma mistura de gelo e água cuja massa total 
é 1,2 kg. Quando o equilíbrio térmico é atingido, a temperatura da 
água é 8°C. Quanto havia de gelo no balde antes que o bloco de 
cobre fosse colocado nele? (Despreze a capacidade calorífica do 
balde.) 
 
10) Um calorímetro de massa desprezível contém 1 kg de água a 
303 K e 50 g de gelo a 273 K. Ache a temperatura final T. Resolva 
o mesmo problema se a massa de gelo é 500g. 
 
Nos quatro problemas a seguir, temos que o estado inicial de 1 
mo1 de um gás ideal é P1 = 3 atm, V1 = 1 L, e U1 = 456 J, e seu 
estado final é P2 = 2 atm, V2 = 3 L e U2 = 912 J. 
11) O gás se expande a uma pressão constante para o volume de 3 
L. Em seguida, é resfriado a volume constante até que sua pressão 
seja 2 atm. (a) Mostre esse processo em um diagrama PV e calcule 
o trabalho realizado pelo gás. (b) Encontrar o calor adicionado 
durante este processo. 
 
12) O gás é resfriado a volume constante até que sua pressão seja 
2 atm. É então expandido a pressão constante até que seu volume 
seja 3 L. (a) Mostre este processo em um diagrama PV e calcule o 
trabalho realizado pelo gás. (b) Encontre o calor adicionado 
durante este processo. 
 
13) O gás expande isotermicamente até que seu volume seja 3 L e 
sua pressão seja 1 atm. É então aquecido a volume constante até 
que sua pressão seja 2 atm. (mostre este processo em um diagrama 
PV e calcule o trabalho realizado pelo gás. (b) Encontre o calor 
adicionado durante este processo. 
 
14) O gás é aquecido e expande de tal forma que segue uma 
trajetória retilínea em um diagrama PV desde seu estado inicial até 
seu estado final. (a) Mostre esse processo em um diagrama PV e 
calcule o trabalho realizado pelo gás. (b) Encontre o calor 
adicionado durante este processo. 
 
15) Um gás ideal inicialmente a 20°C e 200 kPa tem um volume 
igual a 4 L. Ele sofre uma expansão isotérmica quase-estática até 
que sua pressão seja reduzida para 100 kPa. Encontre (a) o trabalho 
realizado pelo gás e (b) o calor adicionado ao gás durante a 
expansão. 
 
16) Um mol de um gás ideal está inicialmente no estado P0 = 1 atm, 
V0 = 25 L. Como o gás é lentamente aquecido seguindo uma linha 
reta no diagrama PV até o estado P = 3 atm, V = 75 L. Encontre o 
trabalho realizado pelo gás. 
 
17) Um mol de um gás diatômico ideal é aquecido à volume 
constante de 300 a 600 K. (a) Encontre o aumento da energia 
interna, o trabalho realizado e o calor adicionado. (b) Encontre as 
mesmas quantidades se esse gás for aquecido de 300 a 600 K à 
pressão constante. Use a primeira lei da termodinâmica e seus 
resultados para (a) para calcular o trabalho realizado. (c) Calcule o 
trabalho realizado em (b) diretamente de dW = P dV. 
 
18) Um gás diatômico (massa molar M) é mantido em um 
recipiente fechado de volume V a uma P0. Qual a quantidade de 
calor que deve ser transferida para o gás para triplicar a pressão? 
(Expresse sua resposta em termos de P0 e V) 
 
19) No ponto D da figura ao lado, a 
pressão e a temperatura de 2 mols de 
um gás monatômico são de 2 atm e 
360 K. O volume do gás no ponto B 
é três vezes o volume no ponto D. A 
pressão em B é duas vezes a pressão 
em C. Os caminhos AB e CD 
representam processos isotérmicos. 
O gás é transportado através de um 
ciclo completo ao longo do caminho DABCD. Determine a 
quantidade total de trabalho realizado pelo gás e o calor fornecido 
ao gás ao longo de cada parte do ciclo. 
 
Respostas: 
1) Tb = 4 Ta; 2) 121 W; 4) 2,8 min; 6) 50 g; 8) 10,6°C; 9) 171 g; 
14) W = 507 J, Q = 963 J; 17) a) U = 6236 J, Q = 6236 J; 17) b) 
W = 2494 J, Q = 8730 J, U = 6236 J.