Física II - Exercícios sobre Calor

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Um sistema de aquecimento de água por energia solar é composto por um painel solar, tubos e um tanque. A água passa no painel, onde é aquecida pelos raios de luz que passam através de uma cobertura transparente, circulando nos tubos e depositada no tanque. A eficiência do painel é de 20% (i.e. apenas 20% da energia da radiação solar incidente é transferida para a água). Se a intensidade da luz solar for de 700 W/m2, que área de painel seria necessária para aquecer de 20 ºC para 40 ºC os 200 litros de água no tanque em 1,0 hora? 
A vespa gigante Vespa mandarinia japônica se alimenta de abelhas japonesas. Entretanto, se uma vespa tenta invadir uma colmeia centenas de abelhas formam rapidamente uma bola em torno da vespa para detê-la. As abelhas não picam, mordem, esmagam ou sufocam a vespa: limitam-se a aquecê-la, aumentando sua temperatura do valor normal de 350C para 480C, um valor que é mortal para a vespa. Se o calor específico da colmeia varia com a temperatura de acordo com a equação c = 6.et/15 , com t em 0C e c em cal/g.0C. (a) Qual é a quantidade de energia que as abelhas precisam produzir, exclusivamente por condução de calor, para impedir o ataque da vespa. (b) Se o ataque durou aproximadamente 20 minutos, qual a potência (em watts) gerada pela colmeia.
Considere qua a massa total da colmeia é de 1,4 kg, e que 1 cal = 4,18 J.
Calcular a quantidade de calor necessária para elevar uma massa de 500 [ g ] de ferro de 15 [ ºC ] para 85 [ ºC ]. O calor específico do ferro é igual a 0,114 [ cal / g · ºC ]. R: 3990 cal
Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para esquentar 100 g de água, com o objetivo de preparar uma xícara de café solúvel. Trata-se de um aquecedor de “200 watts” (esta é a taxa de conversão de energia elétrica em energia térmica). Calcule o tempo necessário para aquecer a água de 23,00C para 1000C, desprezando as perdas de calor. Dados cágua= 1 cal/g0C e 1cal = 4,18 J.
Calcular o trabalho executado por 10 mols de gás perfeito, quando submetidos a uma dilatação de 1 atm e 0°C para 0,1 atm e 0°C, seguindo o seguinte caminho:
a)diminuição da pressão externa até a pressão final , mantendo o volume constante 
b) seguido da expansão do gás a pressão constante até o volume final. 
(R: 201,74 L.atm : 2436J) 
Calcular o trabalho executado por 10 moles de gás perfeito, quando submetidos a uma dilatação de 1atm a 0°C até 0,1 atm a 0°C, seguindo o seguinte caminho:
diminuir a pressão externa até uma pressão de 0,5 atm, mantendo o volume constante dilatar o gás a pressão constante até atingir a temperatura inicial de 0°C diminuir novamente a pressão no fim, deixar o gás se dilatar a pressão constante
Tem-se 20g de gelo a -20ºC. Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao gelo para que ele se transforme em 20g de água a 40ºC? (Dados: calor específico do gelo=0,5cal/gºC, calor específico da água=1 cal/gºC, calor latente de fusão do gelo=80cal/g).
Colocam-se 50g de gelo a 0ºC em 100g 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 80cal/g, responda:
a) Qual a temperatura final da mistura?
b) Qual a temperatura inicial da água?
Uma garrafa térmica isolada contém 130cm3 de café quente, a uma temperatura de 800C . Você insere um cubo de gelo de 12g no seu ponto de fusão para esfriar o café. De quantos graus o seu café esfriou quando o gelo se derreteu? Trate o café como se ele fosse água pura e despreze as transferências de energia para o ambiente.
O gráfico ilustra a isoterma de certa quantidade de gás que é levado do estado A para o estado C. Determine:
o volume do gás no estado B;
a pressão do gás no estado C.
Quantos [ bar ] têm 1 [ kgf / cmÇ ] ?
Quantos [ Pa ] têm 1 [ psi ]?
Você vai ao posto de combustíveis e calibra os pneus do seu carro com 26 [ lbf / in² ] (ou o mesmo que 26 [ psi ]). Quanto é esta pressão em [ Pa ]?
Uma equipe de engenheiros é encarregada de lançar um grande balão meteorológico de hélio de forma esférica, com 5 m de raio e massa total de 15 kg. (i) Qual é a aceleração inicial do balão, quando liberado ao nível do mar? (ii) Se a força de resistência sobre o balão é dada por , onde r é o raio do balão, μ a massa específica do ar e é a rapidez de subida do balão, calcule a rapidez terminal desse balão em ascensão, ou seja, a velocidade no momento em que o balão se deslocar em M.R.U. Dados: μar-atm = 1,2 kg/m3, π = 3,14, g = 9,8 m/s2.
Um cilindro vertical provido de pistão, apresenta diâmetro de 150 [ mm ] e contém óleo hidráulico. A pressão atmosférica externa é de 1 [ bar ]. Qual é a massa do pistão, se a pressão interna no óleo é 125 [ kPa ]. Admitir a aceleração normal da gravidade. R: 45kg
Dois quilomoles de oxigênio diatômico, na fase vapor, estão contidos num recipiente que apresenta massa igual a 10 [ kg ]. Se uma força de 2 [ kN ] atua sobre o sistema, que não apresenta vínculos, calcule qual será a aceleração.
Transfere-se calor a um sistema, num total de 200 calorias. Verifica-se que o sistema se expande, realizando um trabalho de 150 joules, e que sua energia interna aumenta.Utilizando a primeira lei da termodinâmica,calcule a variação de energia interna desse sistema.
 
Um bloco maciço está inteiramente submerso em um tanque cheio de água, deslocando-se verticalmente para o fundo em movimento uniforme acelerado. A razão entre o peso do bloco e o empuxo sobre ele é igual a 12,5. Considerando g = 9,8 m/s2, determine a aceleração de queda do bloco, em m/s2.
Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou sua própria escala linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de 0 (zero) e 10 (dez) correspondem respectivamente a 37°C e 40°C. A temperatura de mesmo valor numérico em ambas escalas é aproximadamente
Um fio de 5 m de comprimento, quando submetido a uma variação de temperatura igual a 120ºC, apresenta uma dilatação de 10,2 mm. A partir dessas informações e da tabela acima, constata-se que o fio é de:
Uma mistura de gelo e água em estado líquido, com massa total de 100 g, encontra-se à temperatura de 0ºC. Um certo tempo após receber 16.000 J de calor, a mistura acha-se completamente transformada em água líquida a 20ºC. Qual era, aproximadamente, a massa de gelo contida na mistura inicial?
Dados:
• calor de fusão do gelo = 334,4 J/g;
• calor específico da água = 4,18 J/(g.ºC).
Uma pessoa de 85,0 kg entra em um carro de 2300 kg de massa, fazendo com que suas molas sejam comprimidas de 2,15 cm. Se uma oscilação vertical é iniciada e supondo ausência de amortecimento, qual é a frequência de vibração, sobre as molas, do carro e do passageiro? Dado: g = 9,81m/s2
Considerando que a densidade do ar seja proporcional à pressão, o que é válido em condições isotérmicas, e desprezando a variação da aceleração da gravidade, encontra-se que a pressão atmosférica P varia com a altitude y de acordo com a expressão P = Poe-a.y   , onde a = 0,116 km-1. Utilize esse resultado para determinar
(a) a pressão atmosférica no alto do monte Aconcágua, no Chile, cuja altitude é de 7040 m , 
(b) a altitude em que a pressão atmosférica cai pela metade.
O movimento do pistão no interior do motor de um carro é aproximadamente um MHS. (a)Sabendo que o percurso (o dobro da amplitude) é igual a 0,100 m e que o motor gira com 3500 r.p.m calcule a aceleração máxima do pistão. (b) Sabendo-se que a massa do pistão é igual a 0,450 kg, qual a força resultante exercida sobre ele? (c) Calcule a velocidade e a energia cinética do pistão no ponto médio do percurso. (d) Qual a potência média necessária para acelerar o
pistão do repouso até a velocidade calculada no item (c)?
A posição e uma partícula é dada por x = 7. cos (6πt), no S.I. Quais são (a) a frequência, (b) o período e (c) a amplitude do movimento da partícula? (d) Qual é o segundo instante, após t = 0, emque a partícula estará em sua posição de equilíbrio? Nesse instante, em que sentido ela estará se movendo? 
Os amortecedores de um carro velho de 1000 kg estão completamente gastos. Quando uma pessoa de 980 N sobe lentamente no centro de gravidade do carro, ele se abaixa 2,8 cm. Quando o carro passa sobre um buraco (com essa pessoa dentro), o carro oscila verticalmente com MHS. Modelando o carro e a pessoa como uma única massa apoiada sobre uma única mola, calcule a frequência da oscilação.
Um oscilador harmônico é feito usando-se um bloco sem atrito de massa 0,60 kg e uma mola ideal. A posição do bloco em função do tempo é dada pela seguinte equação de movimento, 
 
a) A rapidez máxima do bloco e a constante elástica da mola.
b) A expressão da aceleração em função do tempo a(t).
c) O primeiro instante, após t = 0, em que o bloco estará em sua posição de equilíbrio movendo-se para direita.Para que valor de x a energia potencial do bloco é igual à metade de sua energia mecânica total.