Física 2 UFPE - PROVA 3A UNIDADE - 2010.2 (RESOLVIDA)

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 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO 
 DEPARTAMENTO DE FÍSICA 
 3 o EXERCÍCIO ESCOLAR - FÍSICA 2 - 1o SEMESTRE 2010 
 
 
 
 
Só serão aceitas respostas que mostram claramente como foram obtidas. 
Não é permitido o uso de calculadoras. 
 
 
Questão 1. Considere um recipiente de paredes termicamente 
isolantes contendo água e exposto a uma temperatura externa de 
 TF = -10 oC, conforme mostrado na figura abaixo. Na parte superior do 
recipiente há uma camada de gelo de espessura L = 5,0 cm. A área do 
gelo no recipiente exposta ao ar frio é de 8,0 m2. A temperatura da 
água abaixo do gelo é TQ = 0 oC. 
 
a) (1,5) Considere a condutividade térmica do gelo como aproximadamente 2,0 J/s m oC. Calcule 
a taxa de perda de calor da água. 
b) (1,5) Sabendo que o calor de fusão do gelo é Lfusão = 333.103 J/kg, calcule a massa de gelo 
formada por segundo dentro do recipiente no momento em que o sistema se encontra 
 exatamente na situação ilustrada na figura. 
c) (0,5) A densidade do gelo é 9,2.102 kg/m3. Qual a velocidade de crescimento da camada de 
gelo em cm/s? 
 
 
Questão 2. Dois gases distintos são mantidos isolados por recipientes rígidos A e B. O recipiente 
A contém 1 mol do gás He enquanto o recipiente B contém 1 mol do gás O2. Admita que os gases 
são ideais e que suas temperaturas são TA=300 K e TB=460 K, respectivamente. Considere que as 
moléculas diatômicas possuem movimento rotacional e assuma que a constante dos gases ideais é 
dada por R=8,00 J/K. 
 
a) (1,0) Determine as energias internas de cada gás. 
b) (1,0) Se os gases são postos em contato térmico, permanecendo isolados do ambiente, 
determine a temperatura final de equilíbrio Tf. 
c) (1,0) Obtenha as novas energias internas de cada gás após o equilíbrio ser atingido. Qual 
parcela destas energias se deve ao movimento de rotação das moléculas? 
 
Questão 3. A figura ao lado mostra um ciclo reversível ao qual 
são submetidos 2 moles de um gás ideal monoatômico. No ponto 
A a pressão e o volume são V0 e p0 e no ponto C são 2V0 e 2p0 
respectivamente. 
 
a) (1,5) Calcule a variação de entropia no processo ABC. 
b) (1,0) Qual a seria eficiência de um ciclo de Carnot operando 
entre as temperaturas mais baixa e mais alta do ciclo 
mostrado na figura? 
c) (1,0) Qual a eficiência do ciclo mostrado na figura? 
 
 
 
L = 5,0cm 
água 
gelo 
TF = -10 
o
C 
TQ = 0
o
C 
A 
B 
C 
D 
V0 2V0 
 
p0 
 
2p0 
 
 2 
 
 
Gabarito 
 
 
1a) P= Q/ t = k.A T/L = 2. 8. 10/5.10-2 W= 3200 W 
 
1b) P= Q/ t = mLf/ t  m/ t =P/Lf = 3200/333.103 Kg/s = 9,6 g/s 
 
1c) m/ t = L/ t  L/ t = ( m/ t ).(1/ = 9,6.10-3. 1/9,2.102 .8 m/s = 
1,3.10-6 m/s = 1,3.10-4 cm/s 
 
 
2a) EintA = nCvT = 1.3RTA/2 = 3.8.300/2 = 3600 J 
 
EintB = nCvT = 1.5RTB/2 = 5.8.460/2 = 9200 J 
 
 
2b) Troca de calor a V cte 
 3R(Tf -TA)/2 = 5R(TB-Tf)/2  Tf = (3TA + 5 TB )/8 = 400 K 
 
 
2c) EintA = 3.8.400/2 = 4800 J EintB = 5.8.400/2 = 8000 J 
 
Energia do movimento de rotação: Para o O2 2RTf/2 = 3200 J. Para o He é nula. 
 
 

 
3a) 
 
 
 
 
3b) 
 
3c) 
>0 
 
 
<0