Lista 22 2018

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Física III - Lista de exercícios 2 – Prof. Flávio Paiva – Uniube 
ENTREGAR NO DIA DA SEGUNDA PROVA! 
 
Nome: ___________________________________________ RA: _______________ 
1) Uma garrafa térmica contém 130 ml de café a 80 °C. Um cubo de gelo de 12g à 
temperatura de fusão é usado para esfriar o café. Qual a temperatura do café 
após todo o gelo derreter? Trate o café como se fosse água pura e despreze as 
trocas de energia com o ambiente. 66,5 °C 
 
2) Em água em ebulição a 100 °C é colocado um fragmento metálico de 0,5 kg de 
massa a 200 °C. Vaporizam-se 20 g de água e a temperatura de equilíbrio é 100 
°C. Sendo o calor latente de vaporização da água 540 cal/g, determine o calor 
específico do metal. 0,216 cal/g.°C 
 
3) Uma taxa de calor de 3 kW é conduzida através de um material isolante com área 
de seção reta de 10m2 e espessura de 2,5cm. Se a temperatura da superfície 
interna (quente) é de 415oC e a condutividade térmica do material é de 0,2 W/mK, 
qual a temperatura da superfície externa? R: T2 = 651 K = 378 °C 
 
4) A câmara de um freezer é um espaço cúbico com 2m de lado. Considere o fundo 
como sendo perfeitamente isolado. Qual a espessura mínima de um isolamento a 
base de espuma de poliestireno (k = 0,030W/mK) que deve ser aplicado nas 
paredes do topo e dos lados para garantir que a carga térmica que entra no freezer 
seja inferior a 500W, quando a suas superfícies interna e externa se encontram a 
-10 e 35 °C, respectivamente. R: L = 54mm 
 
5) Um circuito integrado (chip) quadrado de silício (k=150W/mK) possui w=5mm 
de lado e uma espessura t=1mm. O chip está alojado no interior de um substrato 
de tal modo que as superfícies laterais e inferior estão isoladas termicamente, 
enquanto sua superfície superior encontra-se exposta a uma substância 
refrigerante. Se 4W estão sendo dissipados pelos circuitos que se encontram 
montados na superfície inferior do chip, qual a diferença de temperatura que 
existe entre as suas superfícies inferior e superior? R: T = 1,1°C 
 
6) Uma barra cilíndrica de cobre de 1,2m de comprimento e 4,8 cm² de seção reta é 
bem isolada e não perde energia através da superfície. A diferença de temperatura 
entre as extremidades é 100 °C, já que uma está imersa em uma mistura de água 
e gelo e a outra em uma mistura de água e vapor. a) Com que taxa a energia é 
conduzida pela barra? b) Com que taxa o gelo derrete na extremidade fria? 
Considere a condutividade térmica do cobre 401W/m.K 
R: a) 16 J/s. b) 0.048g/s 
 
7) Um pneu de bicicleta é calibrado a uma pressão de 4 atm em um dia frio, à 
temperatura de 7 °C. O volume e a quantidade de gás injetada são os mesmos. 
Qual será a pressão de calibração no pneu quando a temperatura atinge 37 °C? 
R: 4,42 atm 
8) No início do curso de compressão, o cilindro de um motor diesel contém 800 cm³ 
de ar, à pressão atmosférica (1 atm) e à temperatura de 27 °C. No fim desse curso, 
o volume de ar foi reduzido para 50 cm³ e a pressão manométrica aumentada para 
40 atm. Qual a variação da temperatura da massa de ar no cilindro? R: 450 °C 
 
9) No interior de um cilindro, encontram-se 30 cm³ de um gás ideal, sob pressão de 
3 atm e temperatura de 50 °C. Inicialmente, o gás sofre expansão isotérmica e 
seu volume passa a ser 70 cm³. A seguir, sofre transformação isocórica e a pressão 
torna-se 2,5 atm. Qual a temperatura do gás ao final do processo? R: 355 °C 
 
10) Com base no gráfico, que representa uma transformação isovolumétrica de 
um gás ideal, qual a temperatura no estado B? R: 586 K 
 
 
 
 
 
 
 
 
11) Seis mols de um gás ideal estão em um cilindro com pistão um pistão 
móvel em uma de suas extremidades. A temperatura inicial do gás é 27 °C e a 
pressão é constante. Como parte do projeto da máquina, calcule a temperatura 
final do gás depois que ele houver realizado 1,75 x 10³ J de trabalho. R: 62,1 °C 
 
12) Um gás passa por dois processos. No primeiro, o volume permanece 
constante a 0,200 m³ e a pressão cresce de 2,0 x 105 Pa até 5,0 x 105 Pa. O segundo 
processo é uma compressão até o volume 0,120 m³ sob pressão constante de 5,0 
x 105 Pa. Calcule o trabalho total realizado pelo gás nos dois processos. R: W = 
-4 x 104 J 
 
13) Um gás no interior de um cilindro se expande de um volume igual a 0,110 
m³ até um volume igual a 0,320 m³. O calor flui para dentro do sistema com uma 
taxa suficiente para manter a pressão constante igual a 1,80 x 105 Pa durante a 
expansão. O calor total fornecido ao sistema éigual a 1,15 x 105 J. a) Calcule o 
trabalho realizado pelo gás. b) Calcule a variação da energia interna do gás. R: 
a) 3.78×104 J b) 7.72×104 J 
 
14) Um gás no interior de um cilindro é mantido sob pressão constante de 2,30 
x 105 Pa, sendo resfriado e comprimido de 1,70 m³ até um colume de 1,20 m³. A 
energia interna do gás diminui de 1,40 x 105 J. a) Calcule o trabalho realizado 
pelo gás. b) Calcule o valor do calor trocado com as vizinhanças e determine o 
sentido do fluxo do calor. R: a) −1.15×105 J b) −2.55×105 J 
 
 
 
15) O gráfico, da figura abaixo, indica como variam a pressão e o volume de 
um gás ideal num processo termodinâmico AB. Determine o trabalho nessa 
transformação, indicando se é realizado pelo gás ou sobre o gás. Justifique sua 
resposta. R: W = -9600 J 
 
 
 
 
 
 
 
16) Um gás ideal, com volume inicial 0,2 m³, realiza uma expansão onde seu 
volume é aumentado 50%. Considerando que a pressão varia com o volume de 
acordo com a função p = 
1
𝑉²
 , calcule o trabalho realizado pelo gás. R: 1,66J 
 
17) Durante um processo, são realizados 100 kJ de trabalho sobre um sistema, 
observando-se um aumento de 55 kJ em sua energia interna. Determine a 
quantidade de calor trocada pelo sistema, especificando se foi adicionado ou 
retirado. R: Q = -45 kJ, retirados do sistema 
 
18) Uma amostra de gás perfeito sofre uma transformação isobárica sob 
pressão de 60N/m2, como ilustra o diagrama. Admita que, na transformação, o 
gás recebe uma quantidade de calor igual a 300J. Calcule a variação da energia 
interna do gás. R: 180J 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19) Um gás perfeito sofre a transformação ABCDA representada no gráfico 
abaixo. Determine a variação de energia interna, o trabalho total realizado pelo 
gás e a quantidade de calor trocada com o ambiente. R: zero, 8J, 8J