Lista e Calorimetria

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UNIVERSIDADE   FEDERAL   DE   SANTA   CATARINA 
CENTRO   DE   CIÊNCIAS   FÍSICAS   E   MATEMÁTICAS 
DEPARTAMENTO   DE   FÍSICA 
 
Disciplina :   FSC   5002   (Física   II) 
Professor :   Fábio   B   Santana 
Abordagem :     Hidrodinâmica 
 
1) Em 1964, a temperatura da aldeia de Oymyakon, na                   
Sibéria, chegou a ‐71°C. Converta esta temperatura para a                 
escala   Fahrenheit.    (­95,8°F) 
 
2) A maior temperatura registrada oficialmente nos EUA               
foi 134°F, no vale da Morte, Califórnia. Converta esta                 
temperatura   para   a   escala   Celsius.    (56,67°C) 
 
3) Em certa escala de temperatura, denominada  X , a água                   
congela a ‐125°X e evapora a 375°X. Para outra escala,                   
denominada  Y , atribui‐se ‐70°Y e ‐30°Y para os pontos de                   
gelo e vapor da água, respec㈐vamente. (a) Obtenha a                 
equação de conversão entre as escalas  X e Celsius.                 
(X = 5C ­ 125) (b) Obtenha a equação de conversão entre                       
as escalas  Y e Celsius.  (Y = 2/5 C ­ 70) (c) Uma                         
temperatura de 50°Y corresponde a que valor de               
temperatura   na   escala    X ?    (1   375°X) 
 
4) A temperatura do gelo seco é de ‐109°F. Esta                   
temperatura é mais baixa ou mais alta que a temperatura                   
de   ebulição   do   metano,   que   é   ‐88°C?    (mais   alta) 
 
5) Um mastro de alumínio tem 33 m de altura. De quanto                       
seu comprimento aumenta quando sua temperatura se             
eleva   de   20°C   para   35°C?   ( )    (1,14   cm)3 °Cαal = 2 × 10
6− 1−  
 
6) Uma esfera de alumínio com raio inicial de 10 cm é                       
aquecida de 0°C para 100 °C. (a) Qual a variação de                     
volume sofrida pela esfera?  (2,89 x 10 ­5 m 3 ) (b) Esta                   
variação de volume corresponde a quantos ml             
(mililitros)?    (28,9   mL) 
 
7) Uma placa de alumínio apresenta um oriᵖcio circular                 
de 2,725 cm de diâmetro quando a placa está à 0°C.                     
Determine o diâmetro do oriᵖcio quando a placa for                 
aquecida   até   100°C.    (2,7313   cm) 
 
8) Uma xícara de alumínio com volume de 100 mL está                     
cheia de glicerina ( ) a 22°C. O      , °Cγ = 5 1 × 10 4− 1−        
conjunto é aquecido até 28°C. Determine o volume de                 
glicerina   que   transborda   devido   ao   aquecimento. 
(0,2646   mL) 
 
9) O diâmetro de um eixo de aço ( ) é                1 °Cα = 1 × 10 6− 1−    
igual a 10,000 cm à 30 °C. A que temperatura será                     
possível encaixá‐lo num oriᵖcio de 9,997 cm de               
diâmetro?    (2,7   °C) 
 
 
10) Uma barra de aço tem 3,000 cm de diâmetro a 25°C.                       
Um anel de latão ( ) têm um diâmetro        9 °Cα = 1 × 10 6− 1−        
interno de 2,992 cm a 25°C. Se os dois objetos são                     
aquecidos conjuntamente, de maneira a permanecerem a             
todo tempo em equilíbrio térmico, a que temperatura a                 
barra   irá   se   ajustar   perfeitamente   ao   anel?    (360,45°C) 
 
11) Um frasco de vidro está completamente cheio com 1                   
litro de tereben㈐na a 50°F. Que volume será derramado                 
se   o   conjunto   for   aquecido   até   86°F?    (18,86   mL) 
(use    ;    )7 °Cγtereb = 9 × 10
5− 1− °Cαvidro = 9 × 10
6− 1−  
 
12) A densidade do outro, a 20°C, é 19,30 g/cm 3 e seu                       
coeficiente de dilatação linear é .          4, °Cα = 1 3 × 10 6− 1−  
Considere 1 g de ouro. (a) Qual a sua densidade ao ser                       
aquecido até 90°C?  (19,24 g/cm 3 ) (b) Explique por que a                   
densidade   diminuiu. 
 
13) Uma caldeira de vapor, cons㈐tuída de aço, tem massa                   
de 400 kg e contém 200 litros de água. Es㈐ma‐se que                     
70% da energia empregada no processo é efe㈐vamente               
aproveitada no aquecimento da caldeira e da água em                 
seu interior. Assim, em um processo de aquecimento que                 
eleve a temperatura da caldeira e da água de 5°C até 85°C                       
qual   a   quan㈐dade   de   energia   envolvida? 
(use    )    (2,79   x   10 4    Kcal), 1 cal g°C  caço = 0 1 /  
 
14) Para aquecer um calorímetro de cobre são queimados                 
3 g de carbono. O calorímetro tem massa de 1,5 kg e                       
contém 2 litros de água. O conjunto é aquecido de 20°C                     
até 31°C. (a) Determine a capacidade térmica do               
calorímetro.  (139,1 cal/°C) (b) Determine a capacidade             
térmica da água.  (2000 cal/°C) (c) O  poder calorífico de                   
uma substância corresponde a quan㈐dade de calor que               
ela é capaz de liberar para cada grama dessa substância                   
que é queimada. Supondo que todo calor gerado na                 
queima do carbono tenha sido absorvido no processo,               
determine o  poder calorífico do carbono.  (7,8 kcal/g)  (use                 
), 927 cal g°C  ccobre = 0 0 /  
 
15) Quantas calorias devem ser extraídas de 20 g de                   
vapor d’água a 100 °C para condensá‐lo e então resfriá‐lo                   
até   20   °C?    (12,4   kcal) 
 
16) Em um calorímetro de capacidade térmica             
desprezível são misturados 150 g de gelo a 0 °C com 300                       
g de água a 50 °C. Determine a temperatura de equilíbrio                     
térmico   desse   sistema.    (6,7   °C) 
 
17) A combustão de 5 g de coque eleva a temperatura de                       
1 litro de água de 10 °C para 47 °C. Determine o  poder                         
calorífico    do   coque.    (7,4   kcal/g) 
 
18) O petróleo u㈐lizado para aquecer um forno tem                 
poder calorífico de 5000 kcal/kg. Supondo que o processo                 
de queima tenha eficiência de 70 %, determinar a                 
quan㈐dade de combus㌴vel necessária para aquecer 500             
litros   de   água   de   10   °C   até   80   °C.    (10   kg) 
 
19) Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é               
u㈐lizado para esquentar 100 mL de água, com obje㈐vo de                   
preparar uma xícara de café solúvel. A potência do                 
aquecedor é de 200 wa㍤s (joules por segundo). (a)                 
Determine a quan㈐dade de calor necessária para elevar a                 
temperatura da água de 23 °C até a temperatura de                   
fervura.  (32 186 J) (b) Supondo que todo o calor gerado                     
pelo aquecedor seja transferido para a água, por quanto                 
tempo   perdura   o   processo   de   aquecimento? 
(2   min   e   41   s)    (use   1   cal   =   4,18   J) 
 
20) A manteiga possui um valor calórico de 6 kcal/g. Isto                     
significa que ao ingerirmos 1 g de manteiga absorvemos 6                   
kcal de energia na forma de energia química. Se toda a                     
energia da manteiga pudesse ser u㈐lizada para aquecer 1                 
copo com água (200 mL) de 25 °C até 100 °C, quantas                       
gramas   de   manteiga   seriam   necessárias?    (2,5   g) 
 
21) Em um aquecedor solar a radiação do Sol é absorvida                     
pela água que circula em tubos em um coletor,                 
geralmente situado no telhado das casas. A radiação solar                 
penetra no coletor através de uma cobertura             
transparente de aquece a água que circula em tubos                 
metálicos. Suponha que a eficiência de todo o sistema é                   
de 20 %. Que área de coleta é necessária para elevar a                       
temperatura de 200 litros de água de 20 °C para 40 °C,                       
em 1h? Sabe‐se que a intensidade com a qual a luz solar                         
incide   sobre   o   coletor   é   de   700   wa㍤s/m 2 .    (33   m 2 ) 
 
 
22) Considere duas panelas "no fogo" sobre um fogão.                 
Uma das panelas tem o cabo metálico e a outra tem cabo                       
de madeira. Qual das duas panelas é mais provável que                   
uma pessoa “queime” as mãos ao segurá‐las pelo cabo?                 
Explique: 
23) Uma pessoa afirma que seu agasalho é de boa                   
qualidade porque "esquenta". Esta afirma㈐va está           
correta?   Explique: 
24) Os pássaros costumam eriçar (arrepiar) as penas               
durante à noite, em climas frios. Por que este                 
procedimento   funciona? 
25) Considere uma placa com espessura de 25,0 cm e                   
área de 90,0 cm 2 cons㈐tuída de cobre (k = 401 W/m.K).                     
Uma de suas faces é subme㈐da a uma temperatura de                   
125 °C e a outra face, à 10,0 °C. Quando o regime                       
estacionário de condução de calor é a㈐ngido, qual a taxa                   
de transferência de energia (fluxo de calor) através da                 
placa?    (1   660   W) 
 
26) Deseja‐se medir a condu㈐bilidade térmica do níquel.               
Para tanto foi preparada uma pequena placa deste               
material com espessura de 0,4 cm e área de 5 cm 2 .                     
Abaixo da placa uma fonte térmica fornece calor e                 
mantém a face inferior a uma temperatura de 132°C.                 
Sobre a face superior da placa são depositadas 50 g de                     
água. Uma vez iniciada a fervura (100 °C), verificou‐se                 
que são necessários cerca de 8 minutos para vaporizar                 
toda a água. (a) Determine a quan㈐dade de calor                 
recebida pela água durante o processo de vaporização.               
(27 kcal) (b) A que taxa (em cal/s) essa energia foi                     
absorvida pela água?  (56,25 cal/s) (c) Supondo que toda                 
energia recebida pela água que vaporizou tenha sido               
conduzida pela placa, qual foi o coeficiente de               
condu㈐bilidade térmica encontrado para o níquel,           
segundo   este   experimento?    (0,14   cal/s.°C.cm) 
 
27) A face superior de um forno (feita de ferro) tem 2 cm                         
de espessura e área de 5 000 cm 2 . A face que está voltada                         
para o interior do forno está à temperatura é de 150 °C.                       
Medidas indicam que a temperatura da face externa da                 
placa   é   de   140   °C. 
 
O coeficiente de condu㈐bilidade térmica do ferro é de                 
0,115 cal/s.°C.cm. Determine o fluxo de calor do interior                 
do   forno   para   o   meio   externo   através   da   referida   placa. 
(2   875   cal/s)