Exercícios de Termodinâmica com Cálculos

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS 
INSTITUTO DE FÍSICA 
LICENCIATURA EM FÍSICA – UAB 
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA 
ORIENTADOR ACADÊMICO: HARLEY FERNADES 
ACADÊMICO: JANDER GOMES DE SOUSA 
 
Atividade 4 
 
1. Um recipiente metálico de contém de água e ambos estão a 
temperatura de . Um bloco de , feito do mesmo metal que o latão, e que 
estava inicialmente a , é mergulhado na água. Após o equilíbrio térmico, o 
sistema todo acha-se a . Calcule o calor específico do bloco e do recipiente. 
Levando em conta possíveis erros experimentais, consulte a tabela 2.1 e indique de que 
material é feito o recipiente e o bloco. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando o sistema adiabático, temos: 
 
 
 
Como (calor sensível), vem: 
 
 ( ) ( ) ( ) 
 
 ( ) ( ) ( ) 
 
 ( ) 
 
 
 
 
 
 
Como 
 
Consultando a tabela 2.1, constata-se que o recipiente e o bloco são feitos de cobre. 
2. O calor específico de uma certa substância varia com a temperatura de 
acordo com a seguinte expressão empírica: , com e 
 . Qual é a quantidade de calor necessária para fazer a 
temperatura de 0,3 kg dessa substância variar de 27 °C até 227 °C? Sugestão: a 
quantidade de calor para um processo a calor específico variável pode ser dada por: 
 ∫ ( ) 
 
 
 
 
 ∫ ( ) 
 
 
 ∫ ( ) 
 
 
 
 
 ∫ 
 
 
 ∫ 
 
 
 ( ) 
 
 
( 
 
 ) 
 
 ( ) (( ) ( ) ) 
 
 ( ) 
 
 
 
 
5. Considere um processo em que água entra em ebulição sob uma pressão de . 
Nesta condição, o calor de vaporização vale e o ponto de ebulição é 
 . Nestas condições, de água que ocupava um volume de passa 
para vapor que ocupa um volume de . 
a) Calcule o trabalho realizado pelo sistema na mudança de volume. 
 
 
 
 
 
 
 
O trabalho é dado por: 
 
 ∫ 
 
 
 ( ) ( ) 
 
 
 
b) Calcule a variação da energia interna da água. 
 
Como a água está mudando de fase, temos: 
 
 
 
 
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica , logo: 
 
 
7. Uma bala de aço, calor específico , atinge o tronco de uma árvore a 
 . Considerando que metade do calor gerado por atrito é usado para aquecer a 
bala, que estava a uma temperatura de 40 °C em um instante anterior ao choque, qual 
deve ser a temperatura final da bala em °C? 
 
 
 
 
 
 
Considerando que toda energia cinética foi transformada em calor ao atingir o tronco da 
árvore e que metade desse calor gerado é usada para aquecer a bala, temos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como ( ), fazendo a substituição, vem: 
 
 ( ) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Considere a placa da figura 2.2. Suponha que , , e o 
material seja cobre. Seja e . 
a) Qual o gradiente de temperatura ao longo da barra considerando que o sistema já 
atingiu o estado estacionário. 
 
Temos: 
 
 
 
 
 
O gradiente de temperatura, em módulo, é dado por: 
 
 
| |
 
 
 
 
 
 
 
b) Qual a taxa de transferência de calor? 
 
A taxa de transferência de calor é dada por: 
 
 
 
 
 ( )