2024_Fisica_II_Lista_IV_Temperatura_Primeira_Lei_Termodinamica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE EDUCAÇÃO ABERTA E A DISTÂNCIA
LICENCIATURA EM FÍSICA 
 Universidade Federal do PiauíCentro de Educação Aberta e a DistânciaCoordenação do Curso de Licenciatura em Física Física IILista IV – Temperatura e Primeira Lei da TermodinâmicaProblema 1) Uma ponte é um arco de aço de 518 m de comprimento. Quanto seriao comprimento total que deveriam ser deixados na ponte para que resista semproblemas a uma mudança de temperatura de 20,0ºC para 35,0ºC ? (Considere ocoeficiente de dilatação do aço igual a 1,10x10-5 ºC-1)
Problema 2) Um anel de latão de 10,00 cm de diâmetro a 20,0 ° C e uma haste dealumínio de 10,01 cm de diâmetro 20,0 ° C. Assumindo os coeficientes médios deexpansão linear são constantes, (a) a que temperatura deve esta combinação serresfriada para que o anel comece a encaixar no cilindro? Isso é atingível? (b) E se ahaste de alumínio tivesse 10,02 cm de diâmetro? Seria possível o mesmo processo?
αlatão=19,0×10
−6°C−1 e αalumínio=24,0×10
−6 °C−1
Problema 3) Uma faixa bimetálica de comprimento L é feita deduas fitas de metais diferentes ligados. Primeiro suponha que afaixa seja originalmente reta. Conforme ela é aquecida o materialcom maior coeficiente de expansão média se expande mais queoutro, forçando a faixa em um arco com raio externo tendomaior circunferência. Encontre uma expressão para o ângulo deencurvamento θ como função do de L ( comprimento inicialdas faixas), α1 e α2 ( coeficientes de dilatação linear dasfitas) e de ΔT ( variação de temperatura).
Problema 4) A temperatura do Sol é cerca de 1x 107K . Quanto vale esta temperatura na escala Celsius e Fahrenheit ?
Problema 5) Um termômetro de gás a volume constante indica 50,0 torr( 1 torr =1,33Pa) no ponto triplo da água. a) Esboce um gráfico da pressão versus temperatura absoluta para este termômetrob) Qual será a pressão quando o termômetro medir uma temperatura de 300K?c) A qual temperatura de gás ideal corresponde uma pressão de 678 torr?
Problema 6) Um termistor é um dispositivo de estado sólido largamente usado emuma variedade de aplicações em engenharia. Sua principal característica é que suaresistência elétrica varia muito com a temperatura. Sua dependência com atemperatura é dada aproximadamente por : R=R 0e
B/T , com R em ohms , T emunidade absoluta e R0 e B são constantes que podem ser determinadas medindo-
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se R em pontos de calibração, como o ponto de gelo e o ponto de vapor. a) Se
R=7360 no ponto de gelo e R=153 no ponto de vapor, determine R0 e B. BQual a resistência do termistor a t=98,6 °F ? c) Qual a taxa de variação daresistência do termistor com a temperatura (dR/dt) no ponto de gelo e no ponto devapor?
Problema 7) Um motorista enche os pneus do carro até uma pressão manométricade 180kPa em um dia em que a temperatura é de -8,0°C. Quando chega ao destino, apressão dos pneus aumentou para 245kPa. Qual é a temperatura dos pneus supondoque a) os pneus não se expandiram ou b) que os pneus se expandiram de modo queo volume do ar neles contido aumentou em 7%?
Problema 8) Uma sala tem 6,0 m por 5,0m por 3,0m. a) Se a pressão do ar na sala éde 1,0 atm e a temperatura é de 300K, determine o número de moles de ar na sala. b)Se a temperatura aumenta de 5,0K e a pressão permanece constante, quantos molesde ar deixam a sala?
Problema 9) A 20°C, um anel de alumínio tem um diâmetro interno de 5.000 cm euma haste de bronze tem m diâmetro de 5.050 cm . a) Se somente o anel for aquecido, qual temperatura ele deve alcançar de tal formaque se encaixe sobre a haste?b) Se ambos forem aquecidos juntos, que temperatura eles devem alcançar para queo anel se encaixe sobre a haste? Este último processo funcionaria?
Problema 10) Um calorímetro de alumínio com uma massa de 100 g, contém 250 g deágua. O calorímetro e a água estão em equilíbrio térmico a 10.0 ° C. Dois blocosmetálicos são colocados na água. Um é um pedaço de cobre de 50,0 g a 80,0 ° C. Ooutro bloco tem uma massa de 70,0 g e está originalmente a uma temperatura de 100° C. Todo o sistema estabiliza a uma temperatura final de 20,0 ° C. a) Determine o calor específico de a amostra desconhecida. b) Qual o material do desconhecido? (Use as tabelas que estão nos slides doencontro)
Problema 11) Se a água com uma massa mh (com calor específico cw ) àtemperatura Th é despejada em um copo de alumínio com massa mAL (comcalor específico cAL ), contendo massa mC de água em TC , onde TH>TC , qualé a temperatura de equilíbrio do sistema?
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Problema 12) Um calorímetro de cobre de 50,0 g contém 250 g de água a 20,0 ° C.Quanto vapor deve ser condensado na água se a temperatura final do sistema atingir50,0 ° C?
Problema 13) Em um recipiente isolado, 250 g de gelo a 0 ° C são adicionados 600 gde água a 18,0 ° C. (a) Qual é a temperatura final? do sistema? (b) Quanto gelo restaquando o sistema alcança o quilíbrio?
Problema 14) Uma amostra de gás ideal é expandida,para o dobro do seu volume original de 1,00 m3 em umprocesso quase estático no qual P=αV2 , com
α=5,0atm /m6 , como mostrado na figura. Quanto trabalho é feito no gás durante a expansão?
Problema 15) a) Determine o trabalho realizadosobre um gás que se expandei para f como indicado na figura b) e se? Quanto trabalho é realizado sobre o gásse for comprimido de f para i ao longo do mesmocaminho?
Problema 16) Uma amostra de um gás ideal passapelo processo mostrado na figura. De A para B, oprocesso é adiabático; de B para C, é isobárico, com100kJ de energia entrando no sistema por calor; de Cpara D, é isotérmico; e de D para A, é isobárico, com150kJ de energia saindo do sistema pelo calor.Determiine a diferença em energia interna
Einterna A−E internaB .
Problema 17) Imagine que de hélio líquido, inicialmente a , evaporampara dentro de um balão vazio que é mantido a pressão de . Qual o volumedo balão a:a) b) Para este problema, considere a massa molar e
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Problema 18) Uma das extremidades de uma barra longa, isolada na superfícielateral para impedir a perda de calor para o ambiente, está em contato térmicoperfeito com água em ebulição (na pressão atmosférica), e a outra extremidade estáem contato com uma mistura de água e gelo. A barra é composta por uma seção de de cobre (com uma extremidade no vapor d’água) e ligada pela outraextremidade a uma seção de aço de comprimento (com extremidade imersa namistura de água e gelo). As duas seções da barra possuem uma seção reta com amesma área de . A temperatura da junção entre cobre e o aço é igual a 65,0°C depois de ser atingido o estado estacionário.a) Qual é a quantidade de calor por segundo que flui do lado em contato com ovapor para a extremidade imersa na mistura de água de gelo?b) Qual é o comprimento de aço?Para este problema, use como dados: e 
Problema 19) A figura mostra um diagrama para mols de gás hélio. Aparte desse processo é isotérmico.a) Calcule a pressão do no ponto .b) Calcule a temperatura do nos pontos , e .c) Quanto calor entrou ou saiu do durante osseguimentos , e ? Em cada seguimento, ocalor entrou ou saiu?d) O quanto a energia interna do variou de para , de para e de para ? Indique se essaenergia aumentou ou diminuiu.
Problema 20) A parte interna de um cilindro oco é mantida a umatemperatura , e a parte externa está a uma temperatura maisbaixa . A parede do cilindro tem condutividadetérmica .Desprezando efeitos de bordas, mostre que a taxa de condução deenergia da superfície interna para a externa na direção radial é: 
Dica: o Gradiente da temperatura pode ser escrito como 
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Problema 21) Um gás ideial sobre um processo com o ciclo descrito por duas curvasisobáricas e duas isotérmicas. Mostre que o trabalho total realizado sobre o gásdurante o ciclo inteiro é dado por : 
Problema 22) Uma amostra de 2,0 mols de um gás diatômico se expande lentamentee adiabaticamente de uma pressão de e um volume de para um volumefinal de a) Qual é a pressão final do gás?b) Quais são as temperaturas final e inicial do gás?c) Encontre , W e 
Problema 23) Um gás idela diatômico ( )confinado em um cilindro.Inicialmente o gás está em , e . Primeiro, sua pressão é triplicada a volumeconstante. Então ele se expande adiabaticamente até sua pressão original efinalmente é comprimido de forma isobárica até o volume originala) Desenhe do diagrama para este ciclo;b) Determine o volume no final da expanção adiabática;c) Encontre a temperatura do gás no início ed) no final do ciclo.
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