LISTA PRINCIPIOS DE TERMODINÂMICA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA REGIÃO TOCANTINA DO MARANHÃO
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, NATURAIS e TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CÍVIL
PRINCIPIOS DE TERMODINÂMICA, FLUIDOS E ONDAS.
1. Uma esfera oca de alumínio tem raio interno de 10 cm e raio externo de 12 cm a 15oC. O
coeficiente de dilatação linear do alumínio é 2, 3x10−5/oC. Dequantos cm3 varia o volume da
cavidade interna quando a temperatura sobe para 40oC?
2. Uma barra retilínea é formada por uma parte de latão soldada em outra parte de aço. A 20oC, o
comprimento total da barra é de 30 cm, dos quais 20 são de latão e 10 cm de aço. Os coeficientes
de dilatação linear são 1, 9x10−5/oC para o latão e 1, 1x10−5/oC parao aço. Qual é o coeficiente
de dilatação linear da barra?
3. A uma temperatura absoluta To , a aresta de um cubo é igual a Lo . A densidade desse cubo é
ρo , e o materialde que ele é feito tem coeficiente de dilatação linear β. Mostre que, quando a
temperatura cresce de To + ∆T , a densidade do cubo passa a ser dada aproximadamente como
ρ ≈ ρo(1 + β∆T )
(Sugestão: Use a expressão (1 + x)n ≈ 1 + nx , valida quando |x | << 1)
4. Em uma fria manhã de sábado (4oC), uma piloto enche de combustível o seu PittsS-2C (Um
avião acrobático com dois assentos) até completar sua capacidade máxima de 106,0 L. Antes de
voar no domingo pela manhã, quando a temperatura é novamente de 4oC, ela verifica o nível do
cumbustívele nota que só existem 103,4 L de gasolina nos tanques. Ela conclui que a temperatura
no sábado se elevou e a gasolina transbordou. Qual foi a tempertura máxima (em oC) atingida
pelo combustível na tarde de sábado? O coeficiente de dilatação volumétrica da gasolina é igual a
9, 5x10−4K−1, e o tanque é de Alumínio (β = 7, 2x10−5).
5. Um pêndulo de Foucault consiste de uma esfera de latão com um diâmetro de 35 cm suspenso por
um cabo de aço de 10,5 m de comprimento (ambas as medições efetuadas a 20oC) devido a um
descuido de projeto, a esfera oscilante passa rente ao chão, a apenas 2 mm de distância, quando
a temperatura é 20oC. Em que temperatura a esfera começa a tocar o chão?
6. Um carpinteiro constrói a parede externa de uma casa usando uma camada de madeira com 3 cm
de espessura e uma camada de isopor com espessura de 2,2 cm na superfície interna da parede. A
madeira possui k = 0, 080W/m.K e o isopor possui k = 0, 010W/m.K. A temperatura da superfície
externa é igual a −10oC. a) Qual é a temperatura na superfície da junção entre a madeira e o
isopor? Qual é a taxa de transferência de calor por metro quadrado através da parede?
7. Um calorimetro de latão de 200 g contém 250 g de água a 30oC, inicialmente em equilíbrio. Quando
150 g de álcool etílico a 15oC são despejadas dentro do calorímetro, a temperatura de equilíbrio
atingida é de 26, 3oC. O calor específico do latão é de 0,09 cal/g. Calcule o calor específico do
álcool etílico.
8. Quando um sistema vai do estado a até o estado b Figura(1) pelo caminho acb, um calor igual a
90 J flui para o interior do sistema, e um trabalho de 60 J é realizado pelo sistema. (a) Qual é o
calor que flui para o interior do sistema pelo caminho adb, sabendo que o trabalho realizado pelo
sistema é igual a 15 J? (b) Quando o sistema retorna de b para a pelo caminho encurvado, o valor
absoluto do trabalho realizado pelo sistema é igual a 35 J. O sistema absorve ou libera calor? Qual
é a quantidade desse calor? (c) Sabendo que Ua = 0 e Ud = 8, 0J, calcule os calores absorvidos
nos processos ad e db.
Figura 1:
9. Uma quantidade de ar vai do estado a para o estado b ao longo de uma linha reta no diagrama PV
Figura2. (a) Neste processo, a temperaturado do gás aumenta, diminui ou permanece constante?
(b) Se Va = 0, 07m3, Vb = 0, 11m3 , Pa = 1x105 e Pb = 1, 4x105Pa, qual é o trabalho W realizado
pelo gás nesse processo? Suponha que o gás possa ser tratado como gás ideal.
Figura 2:
10. O tubo de vidro de um barômetro de mercúrio tem seção reta de 1cm2 e 90 cm de altura acima da
superfície livre do reservatório de mercúrio. Num dia em que a temperatura ambiente é de 20oC e
a pressão atmosférica verdadeira é de 750 mm/Hg, a altura da coluna barométrica é de 735 mm.
Calcule a quantidade de ar (em moles) aprisionada no espaço acima da coluna de mercúrio.
11. Um recipiente de paredes adiabáticas é munido de um pistão adiabático móvel, de massa desprezível
e 200cm2 de área, sobre o qual está colocado um peso de 10 kg. Apressão externa é de 1 atm.
O recipiente contém 3l de gás Hélio, para o qual Cv = 32R, a temperatura de 20
oC. (a) Qual
é a densidade inicial do gás? Faz-se funcionar um aquecedor elétrico interno ao recipiente, que
eleva a temperatura do gás, gradualmente, até 70oC. (b) Qual é o volume final ocupado pelo gás?
(c) Qual é o trabalho realizado pelo gás? (d) Qual é a variação da energia interna do gás? (e)
Quantocalor é fornecido ao gás?
12. Um mol de um gás ideal, contido num recipiente munido de um pistão móvel, inicialmente a 20oC, se
expande isotermicamente até que seu volume aumenta de 50%. A seguir, é contraído, mantendo a
pressão constante, até voltar ao volume inicial. (a) Desenhe o diagrama P-V associado; (b) Calcule
o trabalho total realizado pelo gás nesse processo.
13. Um mol de gás hélio, com Cv = 32R, a 17
oC, inicialmente a 10 atm e 0oC, sofre uma expansão
adiabática reversível até atingir a pressão atmosférica, como primeiro estágio no processo de lique-
fação do gás. (a) Calcule a temperatura final (em oC); (b) Calcule o trabalho realizado pelo gás
na expansão.