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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA Princípios e Fenômenos Térmicos e Ondulatórios Professor: André Bessa Gabarito da Lista de Exercícios de Calorimetria Data: (1) Você projetou uma casa solar que contém 1, 0× 105 kg de concreto (calor específico aproximado igual a 1, 0 kJ/(kg K)). Quanto calor é liberado pelo concreto à noite, quando ele resfria de 25◦ C para 20◦ C? 5× 105 kJ (2) Você precisa comprar um aquecedor de água para a sua piscina de 20.000 L. Desprezando as perdas de calor da água da piscina para o ambiente, qual deve ser potência desse aquecedor se você quer que a água passe de 23, 9◦ C para 36, 0◦ C em 2 h? 140, 5 kJ (3) Você está supervisionando a criação de alguns moldes de chumbo para uso na indústria da construção. Cada molde exige que um de seus trabalhadores derrame 0, 5 kg de chumbo derretido, a uma tem- peratura de 327◦ C, em uma cavidade em um grande bloco de gelo a 0◦ C. Quanta água líquida deve ser drenada por hora, se há 100 trabalhadores capazes de realizar, em média, uma operação a cada 10 minutos? 59, 9 kg (4) Um copo de vidro de 25, 0 g contém 200 mL de água a 24, 0◦ C. Se dois cubos de gelo, de 15, 0 g cada um e a uma temperatura de −3, 0◦ C são colocados no copo, qual é a temperatura final da bebida? Faça as contas levando em conta a aproximação em que se despreza qualquer transferência de calor entre o copo e o ambiente. 10, 6◦ C (5) A capacidade térmica de um bloco deve ser determinada. O bloco é colocado em um calorímetro de cobre com massa de 25 g, contendo 60 g de água a 20◦ C. Depois, 120 mL de água a 80◦ C são adicionados ao calorímetro. Quando o equilíbrio térmico é atingido, a temperatura do sistema é 54◦ C. Qual é a capacidade térmica do bloco? C ≈ 120 J/K (6) Um calorímetro de alumínio, de 200 g, contém 600 g de água a 20◦C. Um pedaço de gelo de 100 g, a −20◦C, é colocado no calorímetro. (a) Determine a temperatura final do sistema. 5, 26◦C (b) Um pedaço de 200 g de gelo, a −20◦C, é adicionado. Quanto gelo permanece no sistema depois de atingido o equilíbrio térmico? 175 g (c) A resposta (b) mudaria se os dois pedaços de gelo tivessem sido colocados ao mesmo tempo? Não. (7) Um gás não ideal foi submetido a um processo quase-estático e a volume constante que o levou de Ti = 250 K a Tf = 270 K. Neste processo, a quantidade de calor cedida para o gás em função da temperatura obedeceu aproximadamente à seguinte função: Q(T ) = 28, 5T + aT 2, onde a = 5, 0 mJ/K2. Qual é o valor da capacidade térmica do gás a 260K? 31,1 J/K (8) A temperaturas muito baixas, o calor específico (a volume constante) de um metal é dado por c(T ) = aT + bT 3, onde a = 12 mJ/(kg K2) e b = 0, 9 mJ/(kg K4). Quanto calor é necessário para aquecer 0,1 kg do metal de 1K a 3K? 6,6 mJ (9) Um estudante abriu um manual de engenharia e obteve uma tabela de valores para a capacidade térmica molar a volume para o dióxido de carbono. Com essa tabela ele fez um gráfico, como indicado abaixo: T CP (T ) 273 36,3 323 38,6 373 40,7 423 42,6 473 44,2 673 49,5 873 53,1 1073 55,7 1273 57,5 1773 60,2 Baseando-se nas informações do estudante, estime a quantidade de calor absorvida por uma amostra com 2,3 moles de CO2 em um aquecimento lento e isovolumétrico a 1, 0 atm que o leva de 273 K a 473 K.≈ 18, 5 kJ. Observação: capacidade térmica molar é a capacidade térmica de um sistema homogêneo dividida pelo numero de moles do sistema. (10) Uma amostra de uma substância é colocada em um sistema de resfriamento que remove calor a uma taxa constante de 15 kJ por minuto. A figura desta questão mostra a temperatura da amostra em função do tempo. A amostra se solidifica durante o processo. Qual é o valor da capacidade térmica da amostra (considerada constante) quando ela está na fase sólida? 3,75 kJ/kg 2
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