Lista 4 FII

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Lista de exercícios 4 de Física II 
01. (a) Em 1964, a temperatura da aldeia de Oymyakon, na Sibéria, chegou a -71C. Qual é 
o valor desta temperatura na escala Fahrenheit? (b) A maior temperatura registrada 
oficialmente nos estados Unidos foi 134F, no vale da Morte, Califórnia. Qual é o valor 
desta temperatura na escala Celsius? 
02. Em que temperatura a leitura na escala Fahrenheit é igual (a) a duas vezes a leitura na 
escala Celsius e (b) a metade da leitura na escala Celsius? 
03. Um mastro de alumínio tem 33 m de altura. De quanto seu comprimento aumenta 
quando a temperatura aumenta de 15C? Considere  = 23x10-6C-1. 
04. Determine a variação de volume de uma esfera de alumínio com um raio inicial de 10 cm 
quando é aquecida de 0C para 100C. Considere  = 23x10-6C-1. 
05. Qual é o volume de uma bola de chumbo a 30,0C se o volume da bola é 50 cm3 a 60C? 
Considere  = 29x10-6C-1. 
06. Um torneiro mecânico faz um furo com um diâmetro igual a 1,350 cm em uma placa de 
aço a uma temperatura de 25. Qual é a área da seção reta do orifício a) a 25C; b) 
quando a temperatura da placa aumenta para 175 C? Suponha que o coeficiente de 
dilatação linear permaneça constante nesse intervalo de temperatura. Considere  = 
11x10-6C-1. 
07. Uma chaleira de alumínio com massa igual a 1,5 Kg e contendo 1,80 kg de água é colocada 
para esquentar em um fogão. Supondo que não haja nenhuma perda de calor para o 
ambiente, qual é a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a 
temperatura de 20C até 85C? 
08. Você precisa descobrir calor específico de uma amostra de metal. Você pesa a amostra 
e descobre que seu peso é 28,4 N. Você acrescenta, cuidadosamente, 1,25x104 J à 
amostra e descobre que sua temperatura sobe 18C. Qual é o calor específico da 
amostra? 
09. Uma bandeja de cubos de gelo com massa desprezível contém 0,350 kg de água a 18C. 
a) Qual é a quantidade de calor necessária para esfriar a água até 0C? b) Qual é a 
quantidade de calor necessária para solidificá-la? Calor de fusão da água é LF = 333 kJ/kg. 
10. Qual é o calor total necessário para converter 12 g de gelo a -10C em vapor d’água a 
100C? Calor de fusão da água é LF = 333 kJ/kg e calor de vaporização é LV = 2256 kJ/kg 
11. 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 conservação de energia elétrica em energia térmica). Calcule o 
tempo necessário para aquecer a água de 23C para 100C, desprezando as perdas de 
calor. 
12. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado na figura. A escala do eixo 
horizontal é definida por VS = 4 m3. Calcule a energia líquida adicionada ao sistema em 
forma de calor durante um ciclo completo. 
 
13. Um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema, e uma quantidade de calor de 70 cal 
é removida do sistema. Qual é o valor (a) de W; (b) de Q (c) Eint? 
14. Na figura uma amostra de gás se expande de V0 para 4 V0 enquanto a pressão diminui de 
p0 para p0/4. Se V0 = 1 m3 e p0 = 40 Pa, qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão 
varia com o volume de acordo (a) com a trajetória A; (b) com a trajetória B e (c) com a 
trajetória C? 
 
 
 
15. Um gás em uma câmara passa pelo ciclo mostrado na figura. Determine a energia 
transferida pelo sistema na forma de calor durante o processo CA se a energia adicionada 
como calor QAB durante o processo AB é 20,0 J, nenhuma energia é transferida como calor 
durante o processo BC e o trabalho líquido realizado durante o ciclo é 15 J. 
 
16. O diagrama PV da figura mostra uma série de processos termodinâmicos. No processo 
ab, 150 J de calor são fornecidos ao sistema, e no processo bd, 600 J de calor são 
fornecidos ao sistema. Calcule a) a variação da energia interna no processo ab; b) a 
variação da energia interna no processo abd; c) o trabalho, calor e variação da energia 
interna no processo acd. 
 
17. Um cm3 se transforma em 1671 cm3 quando ocorre o processo de ebulição a uma pressão 
constante de 1 atm (1,013x1105 Pa). O calor de vaporização para essa pressão é Lv = 
2,256x106 J/kg. Calcule a) o trabalho realizado pela água quando ela se transforma em 
vapor; b) o aumento da energia interna. 
18. Suponha que 4 mols de um gás ideal sofram uma expansão isotérmica reversível do 
volume V1 para o volume V2 = 2V1 a uma temperatura T = 400 K. Determine (a) o Trabalho 
realizado pelo gás; (b) a variação de entropia do gás. 
19. Uma máquina de Carnot absorve 52 kJ na forma de calor e rejeita 36 kJ na forma de calor 
em cada ciclo. Calcule (a) a eficiência da máquina; (b) o trabalho realizado por ciclo. 
0 2 5 V (x10-3 m3)
3
8
P (x104 Pa)
a
b d
c
20. Uma máquina de Carnot, cuja fonte fria está a 17C, tem uma eficiência de 40%. De 
quanto deve ser elevada a temperatura da fonte quente para que a eficiência aumente 
para 50%? 
21. Uma máquina de Carnot de 500 W opera entre fontes de calor a temperaturas constantes 
de 100C e 60C. qual é a taxa com a qual a energia é (a) absorvida pela máquina em 
forma de calor; (b) rejeitada pela máquina em forma de calor? 
22. O motor elétrico de uma bomba térmica transfere energia em forma de calor do exterior, 
que está a -5C, para uma sala que está a 17C. Se a bomba térmica fosse uma bomba 
térmica de Carnot, que energia seria transferida na forma de calor para a sala para cada 
joule de energia elétrica consumida? 
23. Para fazer gelo, um refrigerador que é o inverso de uma máquina de Carnot extrai 42 kJ 
em forma de calor a -15C durante cada ciclo, com um coeficiente de desempenho de 
5,7. A temperatura ambiente é 30,3C. qual é (a) a energia por ciclo fornecida ao 
ambiente em forma de calor para o ambiente; (b) o trabalho por ciclo necessário para 
operar o refrigerador? 
24. Uma bomba térmica é usada para aquecer um edifício. A temperatura externa é -5C e a 
temperatura no interior deve ser mantida em 22C. O coeficiente de desempenho da 
bomba é 3,8 e a bomba térmica fornece 7,54 MJ por hora ao edifício em forma de calor. 
Se a bomba térmica é uma máquina de Carnot trabalhando no sentido inverso, qual deve 
ser a potência de operação da bomba? 
25. Qual deve ser o trabalho realizado por um refrigerador de Carnot para transferir 1 J em 
forma de calor de uma fonte de calor a 7C para uma a 27C? 
26. O motor de um refrigerador tem uma potência de 200W. Se o compartimento do 
congelador está a 270 K e o ar externo está a 300 K, e supondo a eficiência de um 
refrigerador de Carnot, qual é a quantidade máxima de energia que pode ser extraída 
em forma de calor do compartimento do congelador em 10 min? 
27. A temperatura de1,0 mol de um gás monoatômico ideal é elevada reversivelmente de 
300 K para 400 K, com o volume mantido constante. Qual é a variação da entropia do 
gás? 
28. Um refrigerador ideal realiza 150 J de trabalho para remover 560 J em forma de calor do 
compartimento frio. (a) Qual é o coeficiente de desempenho do refrigerador? (b) qual é 
a quantidade de energia em forma de calor liberada para a cozinha por ciclo? 
29. Um refrigerador de Carnot extrai 35,0 kJ em forma de calor durante cada ciclo, operando 
com um coeficiente de desempenho de 4,6. Quais são (a) a energia transferida por ciclo 
para o ambiente; (b) o trabalho realizado por ciclo? 
30. A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 
36 kJ de calor na sua fonte fria. Qual é a eficiência dessa máquina? 
 
Gabarito 
01. a) TF = -95,8F; b) TC = 56,6C 
02. a) TC = 160C e TF = 360F; b) TC = -24,6C e TF = -12,3F 
03. L = 1,14 cm 
04. V = 28,8 cm305. V0 = 49,86 cm3 
06. a) A0 = 1,431 cm2; b) A = 1, 434 cm2 
07. Q = 5,79 x 105 J 
08. c = 239,5 J/kg.K 
09. a) Q1 = -26,40 x 103 J; b) Q2 = 1,16 x 105 J 
10. Q = 3,63 x 104J 
11. t = 161,3 s 
12. Q = -30 J 
13. a) W = 200 J; b) Q = 293 J; c) Eint = 93 J 
14. a) WA = 120 J; b) WB = 75 J; c) WC = 30 J 
15. QCA = -5 J 
16. a) Eint = 150 J; b) Eint = 51 J; c) Q = 600 J 
17. a) W = 169 J; b) Eint = 2087 J 
18. a) W = 9,2 x 103 J; b) S = 23,1 J/K 
19. a)  = 31%; b) W = 16 kJ 
20. TQ = 97 K 
21. a) QQ = 4,67 kJ/s; b) QF = 4, 17 kJ/s 
22. QQ = 13,2 J 
23. a) QQ = 49,3 kJ; b) W = 7,3 kJ 
24. p = 440 W 
25. W = 0,071 J 
26. QF = 1,08 x 106 J 
27. S = 3,59 J/K 
28. a) K = 3,73; b) Q = 710 J 
29. a) QQ = 42,6 kJ; b) W = 7,61 kJ 
30.  = 20%