Física II Lista de Termodinâmica

Prévia do material em texto

Lista do 1° Bimestre de Termodinâmica
Escalas Termométricas: A temperatura ambiente é dada como 72°F. Qual é a temperatura ambiente nas escalas Celsius e Kelvin?
 
 
 TK - 273 = 
TC=22,2°C TK=22,2 + 273 = 295K
Megulham se dois termômetros na água: um graduado em escala Celsius e o outro na Fahrenheit. Espera se o equilíbrio térmico e nota se que a diferença entre as leituras nos dois termômetros é igual a 92. Qual será o valor da temperatura da água em Celsius e Fahrenheit?
 = 9TF - 828
9TF – 5TF = 828 – 160 TF – TC = 92
4TF = 668 TF – 92 = TC
TF = 167°F TC = 167 – 92 =75°C
Dilatação de sólidos e líquidos: Um aparelho eletrônico mal desenhado tem dois parafusos presos a partes diferentes que quase se tocam em seu interior, como mostra a figura, os parafusos de aço e latão tem potenciais elétricos diferentes e, caso se toquem, haverá um curto circuito, danificando o aparelho. O intervalo inicial entre as pontas dos parafusos é de 5,0μm a 80.6°F. A que temperatura os parafusos se tocarão? Suponha que a distância entre as paredes do aparelho não sejam afetadas pela mudança de temperatura.
La=0,01*11*(tf – 27) Ll = 0,03*19*(tf – 27) Dados
La + Ll = 5* °C=27°
[0,01*11**(tf – 27) + (0,03*19*(tf – 27)= 5* D=5μm / 5*
0,11*tf – 2,97*+5,7* - 1,539*= 5* Ca=0,01m
6,8 = 5*+1,836* Cl=0,03m
Tf = La=11* 
Tf = 34°C Ll=19*
Uma placa de latão tem um orifício com diâmetro d = 2,54cm. O orifício é pequeno de mais para que a esfera de latão passe por ele. No entanto, quando a placa é aquecida de 68°F para 428°F, a esfera de latão passa pelo orifício da placa. Em quanto aumenta a área do orifício na placa de latão como resultado do aquecimento?
D=2,54cm / 0,0254m / R = 0,0127m / S0 = ∏ * (0,0127)² / S0 = 0,0005m²
∆t=428 – 68 = 360°F ∆S = S0 * ᵦ * ∆t
A = ? ∆S = 0,0005 * (2 * 19*) * 200
ᵦ = 19* ∆S =3,9 μ/m 
TF = TC + 32 TF = TC + 32 ∆t=220-20
428 = 68 = ∆t=200
 5*(428-32) = 9TC 5*(68-32) = 9TC
 = 220TC = 20TC
Calores de transformação: Um ferreiro derrama 3,0Kg de grão de chumbo (que é um material usado para preencher cartuchos de espingarda) a uma temperatura de 94,7°C em 1,00Kg de água a 27,5°C em um recipiente isolado, que age como um calorímetro. A) Qual é a temperatura final da mistura? B) Depois que entraram em equilíbrio térmico, sabendo que o recipiente é isolado, supondo que o processo seja isocórico, qual é a variação da energia interna da água? 
a)Qc = 3 * 0,0305 * (tf – 94,7) b)Qa = 1 * 1 * (33,2 – 27,5)
 Qa = 1 * 1 * (tf – 27,5) Qa = 5,7 cal
 3 * 0,0305 * (tf – 94,7) + 1 * 1 * (tf – 27,5 ) = 0 Ea = 5,7 * 4190
 0,0915 tf – 8,67 + tf – 27,5 = 0 Ea = 23883J
 1,0915 tf = 36,17
 Tf = 33,14°C
Quanto calor, é necessário para converter 0,500Kg de gelo a uma temperatura de 30°C para vapor a 140°C?
Q1 = 2200 * 0,5 * 30 = 33000J
Q2 = 333 * 0,5 = 166,5J 1580000J ou 1580Kj
Q3 = 4190 * 0,5 * 100 = 209500J
Q4 = 2256 * 0,5 = 1128J
Q5 = 66810 * 0,5 * 40 = 1336205J
Primeira lei da termodinâmica: Um halterofilista segura um haltere com massa = 180,0Kg e o move por uma distância h = 1,25m verticalmente, conforme ilustrado na figura. Se considerarmos que a halterofilista é o sistema termodinâmico, quanto calor ele despende se sua energia interna diminuir em 4000,0J?
∆E = Q – W ∆E + W = Q Decompondo a fórmula
Q = ∆E + W W = F * d
Q = -4000 + 180 * 9,8 * 1,25 W = m*g*h
Q = -1795J ou ÷ 4180 para -0,428Kcal
Mecanismos de transferência de calor: suponha que você faça o isolamento do teto de uma peça com um material isolante com fator R de R = 30. A peça tem 5,00m. A temperatura dentro do cômodo é de 21,0°C, e a temperatura acima do isolamento é de 40,0°C. Quanto calor entra na peça pelo telhado em um dia se o ambiente for mantido a uma temperatura de 21,0°C?
Q = K * A * t * Dados = R = R-30 
Q = A * T * Td = 21°C
Q = (5,00 * 5,00) * (86400) * = 7,77* TF = 40°C
 A = 5,00m²
 24 horas = 24*3600=86400s 
Lista de Termodinâmica desenvolvida em sala
A relação entre as escalas termodinâmicas x e y é traduzida pelo gráfico abaixo. Determine a relação de conversão entre essas escalas
 = = 
 = = 20Ty = 60*(Tx + 20)
 = TY = = 
A figura a seguir mostra uma esfera de aço de 50,1mm de diâmetro apoiada em um anel de alumínio, cujo o diâmetro interno é de 50,0mm, ambos a uma mesma temperatura. Qual o acréscimo de temperatura que esse conjunto deva sofrer para que a esfera passe pelo anel?
∆L Alumínio = ∆L aço
L0 + (L0 * ∆t) = L0 + (L0 * ∆t)
0,05 + (0,05 * 2,38* * ∆t) = 0,051 * (1,08* * ∆t)
0,05 + 1,19*∆t = 0,501 + 5,55*∆t
6,35*∆t = 1*
∆t = 
∆t = 157,48°C
Uma amostra de gelo de 0,20Kg, está a -20°C a pressão atmosférica normal. Determina a quantidade de calor necessária para transformar essa amostra de gelo em vapor a 120°C. Considere calor específico do gelo = 2,1*J/Kg: o calor latente de fusão do gelo = 3,3*J/Kg; calor específico da água =4,2*J/Kg; calor específico do vapor da água = 2,0*J/Kg.
Q1 * m * c * ∆t Q2 =( 0,20*3,3*)
Q1 =( 0,20*2,1*)*(0 – (-20°) Q2 =66.000J 
Q1 = 8400 K/J
 
Q3 =( 0,20*4,2*)*(100 – (-0°) Q4 =( 0,20*2,3*) 
Q3 =84.000J/k Q4 = 46.000 J
Q5=( 0,20*2,0*)*(120 – 100°) QTotal = 626.400 K/J
Q5=8.000 J/K
Suponha que 3,00Kg de água a 100°C é convertido em vapor a 100°C a uma pressão de 1,01*Pa. O volume da água varia de um valor inicial de 2,50*m³ do líquido para 1,891m³ do vapor.
Qual o trabalho realizado pelo sistema durante o processo?
Qual a energia transferida em forma de calor durante o processo?
Qual a variação da energia interna do sistema durante o processo? Considere : calor latente de vaporização da água = 2256 KJ/Kg.
a)W = (1,01*) * (1,891 – 2,50*) b) Q = m * L Dados:
 W = 190738,5 ou 190,739 K/j Q = 3,0 * 2256 = 6768 K/J m=3,0Kg
c)∆En Interna = Q – W T=100°C
 ∆En Interna = 6768 – 190 P=1,01*Pa
 ∆En Interna = 6577,27 ou 6,58 K/J V1=2,50*m³
 Vp=1,891m³ 
Suponha que uma placa de cobre (401 W/mK) com uma profundidade de 30,00cm, e áreaigual a 95cm². Em uma de suas faces a temperatura é de 150°C e a outra de 80°C, em um regime estacionário, determine o valor da potencia de transferência de calor da placa.
Pcond = K*A* 
Pcond = 401*(9,5*)* 
Pcond = 1,803* J/s ou 1,6 k/W 
Em uma cozinha o ar flui a 10°C sobre um frango assado de área aproximada de 2,0m². Suponha que a temperatura do frango é mantida a 60°C, desprezando a assadeira que ele se encontra, sabendo que o coeficiente de transferência de calor do nesse processo é de 12 W/m² °C. Determine a taxa térmica do sistema.
Fluido = 10°C Pcond = h*A*(Ts - T∞)
Area = 2,0m² Pcond = 12*2*(60 – 5)
Frango = 60°C Pcond = 1320 W
H = 12 W/m²
Uma super-nova irradia energia e atinge um pequeno detrito espacial que tem uma área de aproximadamente 5m² e uma temperatura de 120°C, qual a potencia desse sistema térmico, sabendo que a emissividade será de 0,70. 
A = 5m² Pcond = £*έ*A*
T = 126°C Pcond = (5,6704*10)*(0,7)*(5)*(
έ = 0,70 Pcond = 50,02 W
Pcond = ? 
Lista do Segundo Bimestre
Lei dos gases ideais – Considere um gás a uma pressão de 24,9KPa em um cilindro com volume de 0,100m³ e um pistão. Essa pressão e volume correspondente ao ponto 1 da figura abaixo. A pressão desse gás precisa ser reduzida para permitir que um processo de fabricação funcione de forma eficiente. O pistão é projetado para aumentar o volume do cilindro de 0,100m³ para 0,900m³, enquanto o processo se mantém isotérmico. Qual é a pressão do gás a um volume de 0,900m³?
P1*V1 = P2* V2 P2 = = 2,77KPa
P2 = 
Livre Caminho médio – Qual é o livre caminho médio de uma molécula de gás no ar com pressão atmosférica normal de 101,3KPa e temperatura de 20,0°C? Como o ar é composto de 71,8% de nitrogênio, suporemos, para fins de simplicidade, que o ar seja composto 100% de nitrogênio. O raio de uma molécula de nitrogênio é de aproximadamente 0,150n m. Compare o livre caminho médio com o raio de uma molécula de nitrogênio. 
TC = TK – 273 ʎ = 
20 = TK – 273 ʎ = 
TK = 20 + 273 ʎ = 
TK = 293K
Entropia e a segunda lei da termodinâmica – Na compressão isotérmica de um gás ideal, libertam-se 1000cal de calor. Sendo de 22,4L o volume inicial e de uma atmosfera e pressão inicial, determine a variação de entropia, sabendo que o número de mol é igual a 0,5.
PV = nRT T= ∆s = 
1000cal = 4190J T= ∆s = 
1cal = 4190J
V = 22,4L = 0,0224m³ T=544K ∆s = 7,77J/K
P = 
n = 0,5
∆s = ?
Suponha que tenhamos 0,25Kg de água a uma temperatura de 0,00°C. Queremos congelar essa água colocando-a em um refrigerador que opera em um ambiente com temperatura de 22°C. A temperatura dentro do refrigerador é mantida a -5°C (conforme figura do fluxograma do refrigerador). Qual é a quantidade mínima de energia elétrica que deve ser fornecida ao refrigerador para congelar a água?
Exercícios em sala e apontados do livro
Exemplo 19-3 do capítulo 19 – São dados cinco números: 5 , 11 , 32 , 67 , e 89. 
a)Qual é o valor médio desses números?
 = 40,8
 b) Qual é o valor médio quadrático desses números?
 
Calcule a velocidade média quadrática de átomos de hélio a 1000K. A massa molar dos átomos de hélio é dada no apêndice F.
Vrms=? Vrms = 
T = 1000K
μ = 
a)Calcule a velocidade média quadrática de uma molécula de nitrogênio a 20,0°C. A massa molar da molécula de nitrogênio (N2) é dada na tabela 19-1. A que temperatura a velocidade média quadrática é. b)metade desse valor e c)o dobro desse valor?
 
b) V3 = ou = = T3=T2 = 293K*=73K
TC = TK-273 = -273+73 = -200°C
T4=T2= 293K*(4)= K = 899°C