SearsZemansky Cap15 10ed

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~s.3)EmalgunslocaisdaTerraatemperatUraemgrausCelsiusé
'igualàtemperaturaemgrausFahrenheit.Qualé0 valordesta
~mperatUra?Qualéaestaçiiomaisprovâvel?-
~ermôrnetro degascornvolumeconstante.Usando-seum ermômetrodegâsvenficou-sequeapressiiodopontotnplo
daagua(O,OI"C)eraiguala4,80x 104Paeapressiiodopontode
ebuliçiionormaldaagua(100°C)eraiguala6,50x 104Pa.
a)Supondoqueapressiiovarielinearmentecomatemperatura,
useestesdadosparacalcularatemperaturaCelsiusparaaquala
pressiiodogasseriaigualazero(istoé,acheatemperatUra
Celsiusdozeroabsoluto).b)0 gâsnestetermômetroobedeceà
Equaçiio(15.4)demodopreciso?Casoestaequaçiiofosse
obedecidaexatamente,eapressiioa 100°Cfosseiguala
6,50x 104Pa,qualseriaapressiiomedidaaO,Ol°C?(Comovocê
estUdaranaSeçiio16.2,aEquaçiio(15.4)yaleexatamentequando
ogaspossuidensidadepequena.)
SEÇÂO15.5EXPANSAOTÉRMICA
~trito doareexpansâotérmica.0 aviiiosupersônico
~ci~ possuiumcomprimentoiguala62,1mquandoestaem
repousonosoloemumdiatfpico(a 15"C).Eleébasicamente
feitodealumfnio.Quandoeleestavoandocornumavelocidade
igualaodobrodavelocidadedosom,0 atritocorn0araquecea
parteextemadoConcordeeproduzumadilataçiiode25cmno
comprlmentodoaviiio.(0 compartimentodospassageirosesta
apoiadoemrolamentos,e0aviiioseexpandeemtomedos
passageiros.)QualéatemperatUradaparteextemadoConcorde
durante0 vôo?
~Determine 0 coeficientededilataç~ovolu~étricadaâgua
aumatemperatUrade9"C.(Sugestiio:Vocenecessltafazer
medidasnaFigura15.7.)
~'5.6 QUANTIDADEDECALOR
~erda decalordurantearespiraçâo.Emclimasmuitq1
friosummecanismosignificativoparaaperdadecalorpelocof
humanoéaenergiagastaparaaquecer0arnospulmOesemca'"
respiraçiio.a)Emumdiad~invemomuitofrioquandoa
temperaturaéde-20"C,quaIéaquantidadedecalornecessaria'
paraaquecer0,50L deartrocadonarespiraçiioatéatingira
temperatUradocorpohumano(37"C)?Suponhaque0calor
especffico do ar seja igual a 1020 Jlkg .K e que 1,0 L de ar
possuamassaiguala 1,3x 10-3kg.b)QuaI0calorperdidopor
horaconsiderandoumataxaderespiraçiiode20aspiraçOes
porminuto?
1S.4 mafôrmadecubosdegelacornmassadesprezlvel
contém0,350kgdeaguaa18,0"C.Qualéaquantidadedecalor
necessâriaparaesfriaraaguaatéO,O"Cesolidifica-la?'Dêa
'~spostaemjouleseemcalorias. --
1S.46 'Avaporizaçiiodosuoréummecanismodecontroleda
temperaturadeanimaisdesanguequente.a)Quaiéaquantidade
deaguaquedeveseevapo~dapeledeumhomemde70,0kg
paraqueatemperatUradoseucorpodiminuade1,00"C?0 calor
devaporizaçiiodaaguanatemperatUradocorpo(37°C)é iguala
2,42x 106Jlkg. K. 0 calorespecfficotfpicodocorpohumanoé
iguala3480Jlkg. K. (Veja0Exercfcio15.30.)b)QuaIé0
volumedeaguaque0homemdevebeberparareporaagua
vaporizada?Compare0resultadocorn0volumedeumalatade
refrigerante(355cm\
1S.S0jUmtécnicodelaborat6riocolocaemumcalorfmetroa
iiifiô"Stradeummaterialdesconhecido,aumatemperatUrade
loo,o"C.Orecipientedocalorfmetro,inicialmentea 19,0"C,é
feitocom0,150kgdecobreecontém0,200kgdeagua.
A temperaturafinaldocalorfmétroé iguala26,I°C.
Calcule0calorespecfficodaamostra. ---
\~ Umadasextremidadesdeumabarrametlilicaisoladaé
mantidaaODCporumamistUradegelaeagua.A barrapossui
60,0cmdecomprimentoeumaseçiioretacornâreaiguala 1,25cm2.
o calorconduzidopelabarraproduzafusiiode8,50gdegelaem
10,0minutos.Acheacondutividadetérmicakdometal.
~Suponha quefosseposslvelaconstrUçiiodeumarodeaço
. .eseencaixassecomprecisiionoequadordaTerraauma
'mperaturade20,0°C.Qual seria0 espaçamentoentre0 aroe a
iIperffcieterrestrecasaatemperaturado aroaumentassede
~O"C? __
~ Um mecânicocornsederesfriaumalataderefrigerante
(essencialmenteagua)colocando-aernurnagrandecaneeade
alumlniocommassaiguala0,257kgeadicionando0.120kgde
gelainicialmentea-15,O"C.Seacanecaealataestiio
inicialmentea20,O°C.quaIéatemperaturafinaldosistema
desprezandoasperdasdecalor?
1S.89 r quenteernurnaauladefisica.a)Umestudan~tfPicol
aSSI doaurnaauladeffsicacornatençiioproduzumcalorde
100W.QuaIéaquantidadedecalorproduzidaporurnaturmade
90alunosdeffsicaemumanfiteatroaolongedaduraçiiode50
minutosdeaula?b)Suponhaquetodo0calorcaIculadonaparte
(a)sejatransferidopara3200m3deardoanfiteatro.0 calor
especfficodoaré iguala 1,20kg/m3.Sabendoqueniioocorre
nenhumaperdadecalore0condicionadordearestadesligado,
quaié0aumentodatemperatUradoardoanfiteatroduranteos50
minutosde.aula?c)Quandoosalunosestiiofazendoumaprova.°
calorproduzidoporalunoaumentapara280W.QuaIseria0
aumentodeternperaturadoardoanfiteatrodurante50min
nestecaso?
~S.105)Suponhaquearadiaçiiosolarincidenteporsegundo
SODreâ'superfIciecongeladadeumlagosejaiguala600W/m2e
70%destaenergiasejaabsorvidapelogela.Quantotemposeria
necessârioparafondirumacamadadegelocornespessurade
2,50cm?A camadadegelaeaaguaembaixodelaestiioauma
temperatUradeO°C.
1S.106A energiairradiadapeloSolatinge0topodaatrnosfera
terrestrecornumataxaaproximadamenteiguala 1,50kW1m2.A
distânciaentreaTerrae0 Soléiguala 1,50x 1011m,e0raiodo
Solé iguala6,96x 108m.a)Qualéataxadeirradiaçiiode
energiaporunidadedeareadasuperffciedoSol?b)Supondoque
o Solirradiecomaumcorponegroideal,quaIéatemperatUrada
superficiedoSol?
Pedro
Exercícios de TermodinâmicanullCap 15 do Sears e Zemansky - Temperatura e Calor
RESPOSTAS AOS EXERCÍCIOS
SEARS/ZEMANSKY: FÍSICA 10ª EDIÇÃO
CAPÍTULO 15
15-14: ΔT = (ΔL)/(αL0) = (25 x 10
-2 m)/((2.4 x 10-5 (ºC)-1)(62.1 m)) = 168 ºC, logo a
temperatura é igual a 183ºC.
15-22: O coeficiente pode ser achado pela inclinação da curva a 9ºC.
./105.7/00005.,
)610(
)0000.10003.1(
00025.1
11 5
33
3
0
CxC
CC
cmcm
cmT
V
V
oo
oo
−==
−
−
=
Δ
Δ
= ββ
15-40: Q = m (cΔT + Lf )
= (0.350 kg) ((4190 J/kg⋅K)(18.0 K) + 334 x 103 J/kg)
= 1.43 x 105 J = 34.2 kcal
15-42: a) .min7.21
min)/800(
)0.15)(/2100)(550.0(
=
⋅
=
Δ
==
J
KKkgJkg
P
Tmc
p
Q
t
b) min,230
min)/800(
)/10334)(550.0( 3
==
J
kgJxkg
P
mLf
logo o tempo necessário para fundir o gelo é igual a 21.7 min + 230 min = 252 min.
c)
15-44: a) m(cΔT + Lv) = (25.0 x 10
-3 kg) ((4190 J/kg⋅K)(66.0 K) + 2256 x 103 J/kg) =
6.33 x 104 J.
b) mcΔT = (25.0 x 10-3 kg)(4190 J/kg⋅K)(66.0 K) = 6.91 x 103 J.
c) Uma queimadura com vapor d’água é muito mais prejudicial para a pele do
que uma queimadura com água quente.
15-46: a) .101
)/1042.2(
)00.1)(/3480)(0.70(
6 gkgJx
KKkgJkg
L
TMc
m
v
suor =
⋅
=
Δ
=
b) Esta quantidade de água possui um volume igual a 101 cm3, cerca de um
terço do volume de uma lata de refrigerante.
15-50: O calor perdido pela amostra é o calor ganho pelo calorímetro e água, e
o calor específico da amostra é
,/1010
)Cº9.73)(0850.0(
)Cº1.7))(/390)(150.0()/4190)(200.0((
KkgJ
kg
KkgJkgKkgJkg
Tm
Q
c
⋅=
⋅+⋅
=
Δ
=
ou 1000 J/kg⋅K com somente dois algarismos significativos porque a variação de
temperatura geralmente é medida com dois algarismos significativos.
15-58: Usando a regra de derivação em cadeia, H = 
dt
dm
L
dt
dQ
f= e explicitando K na
Eq. (15-21), obtemos
./227
)100)(10250.1(
)100.60(
)600(
)150.8(
)/10334(
24
23
3
KmW
Kmx
mx
s
kgx
kgJx
TA
L
dt
dm
Lk
⋅=
=
Δ
=
−
−−
15-60: a) Pela Eq. (15-21),
H = (0.040 W/m⋅K)(1.40 m2) ,196
)100.4(
)140(
2
W
mx
K
=
−
ou aproximadamente igual a 200 W com dois algarismos significativos nos cálculos.
b) O resultado da parte (a) fornece a potência necessária.
15-74: Todas as dimensões lineares do aro cresceriam com um mesmo fator igual a
αΔT, logo o aumento do raio do aro seria igual a
RαΔT = (6.38 x 106 m)(1.2 x 10-5 K-1)(0.5 K) = 38 m.
15-84: Igualando o calor perdido pelo refrigerante e pela caneca com o calor ganho
pelo gelo e explicitando a temperatura final T, obtemos
T=
.1.14
)/4190)(120.0()/910)(257.0()/4190)(00.2(
))/10334)0.15)(/2100)((120.0(
)0.20))(/910)(257.0()/4190)(00.2((
3
C
KkgJkgKkgJkgKkgJkg
kgJxCKkgJkg
CKkgJkgKkgJkg
o
o
o
=
⋅+⋅+⋅







+⋅−
⋅+⋅
Note que a massa do gelo (0.120 kg) aparece no denominador desta expressão
multiplicada pelo calor específico da água; depois que o gelo se funde, a massa do gelo
fundido aumentar até T.
15-106: a) Supondo que não haja nenhuma perda de energia substancial na região
entre a Terra e o Sol, a potência por unidade de área será inversamente proporcional ao
quadrado da distância até o centro do Sol,
logo o fluxo de energia na superfície do Sol é dada por
 (1.50 x 103 W/m2) 
2
8
11
1096.6
1050.1






mx
mx
 = 6.97 x 107 W/m2.
b) Resolvendo a Eq. (15-25) com e = 1, obtemos
.5920
/1067.5
/1097.61 4
1
428
274
1
K
KmWx
mWx
A
H
T =





⋅
=


=
−σ