Lista_de_exercicios_-_1a_Lei_da_Temodinamica

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Física II 
1ª Lei da Termodinâmica: Lista de Exercícios 
Questões 
1) Faça uma distinção clara entre temperatura, calor e energia interna. 
2) O álcool etílico tem aproximadamente a metade do calor específico da água. Se massas iguais 
de álcool e água em recipientes separados recebem a mesma quantidade de energia, compare os 
aumentos de temperatura dos dois líquidos. 
3) O que está errado com seguinte afirmação: “Dados dois corpos quaisquer, o que estiver com 
uma temperatura mais alta tem mais calor”. 
4) Você precisa pegar uma panela muito quente em sua cozinha e tem um par de luvas 
acolchoadas quentes. Você deveria molhá-las em água fria ou mantê-las secas para pegar a 
panela com mais conforto? Explique o porquê de sua escolha. 
5) Um piso de ladrilho em um banheiro pode causar a sensação desagradável de frio em seus 
pés descalços, mas o chão acarpetado no quarto ao lado que está a mesma temperatura causará a 
sensação de estar mais quente. Por quê? 
Problemas 
1. Calor 
1) Considere o aparelho de Joule mostrado na figura ao lado. Cada 
uma das massas é de 1,50 kg, e o tanque isolado é preenchido com 
200 g de água. Qual é o aumento na temperatura da água depois 
que as massas caem uma distância de 3,00 m? (Resp. 0,105 °C) 
 
 
2) Um a amostra de 50,0 g de cobre está a 25,0 °C. Se 1.200 J de energia forem adicionados à 
amostra pelo calor, qual a temperatura final do cobre? [Dados: calor específico do cobre = 387 
J/kg.°C] (Resp. 87 °C) 
3) Uma ferradura de ferro com 1,50 kg inicialmente a 600 °C é colocada em um balde contendo 
20,0 kg de água a 25,0 °C. Qual é a temperatura final? (Despreze o calor específico do balde e 
considere que uma quantidade ínfima de água entra em ebulição). [Dados: calor específico do 
Ferro = 448 J/kg.°C] (Resp. 29,6 °C) 
4) É possível derreter o gelo esfregando um bloco contra o outro. Calcule o trabalho, em joules, 
realizado para derreter um grama de gelo. [Resp. 334 J] 
5) Se a energia térmica necessária para elevar a temperatura de 450 g de água de 68 até 78 °F 
fosse convertida em energia cinética de translação da água como um todo, qual seria a 
velocidade de uma “porção de água” de 450 g? [calor específico da água = 4,186 J/g.°C] (Resp. 
215 m/s) 
6) Uma bala de chumbo de 3,0 g a 30,0 °C é disparada a uma velocidade de 240 m/s contra um 
grande bloco de gelo a 0 °C e nele fica presa. Qual é a quantidade de gelo que derrete? [dados: 
calor específico do chumbo = 128 J/kg.°C; calor latente de fusão do gelo = 3,3x10-5 J/kg] (Resp. 
0,294 g) 
7) A temperatura de um lingote de metal de 0,05 kg é elevada para 200,0 °C é colocado em um 
béquer isolado e leve, contendo 0,40 kg de água inicialmente a 20,0 °C. Se a temperatura final 
de equilíbrio do sistema combinado for de 22,4 °C, (a) descubra o calor específico do metal. (b) 
Qual a quantidade de energia transferida para a água durante o resfriamento do lingote. (Resp 
(a) cX=453 J/kg.°C; (b) 4,02x103 J) 
8) Um bloco de cobre de 1,0 kg a 20 °C é colocado em um recipiente grande de nitrogênio 
líquido a 77,3 K. Quantos quilogramas de nitrogênio entram em ebulição até que o cobre atinja 
77,3 K? O calor latente de vaporização do nitrogênio é 48 cal/g. (Resp. 0,414 kg) 
9) Em um recipiente isolado, 250 g de gelo a 0 °C são adicionados a 600 g de água a 18,0 °C. 
(a) Qual a temperatura final do sistema? (b) quanto gelo permanece quando o sistema atinge o 
equilíbrio? (Resp. (a) 0 °C; (b) 114 g) 
10) Se 90,0 g de chumbo derretido a 327,3 °C são vertidos em um molde de ferro de 300 g 
inicialmente a 20,0 °C, qual é a temperatura final do sistema? [Dados: O calor latente de fusão 
do chumbo é 24,5 J/g. (Resp. 59,4 °C) 
11) Qual a massa de gelo que deve ser adicionada a 1 L de água fervente para que a temperatura 
final de equilíbrio da água seja de 80oC? Suponha não haver perda de calor para o ambiente e 
lembre que o calor latente de fusão do gelo é de 80 cal/g e que o calor específico da água é de 1 
cal/go.C. 
2. Trabalho e 1ª Lei da Termodinâmica 
12) Uma amostra de gás se expande de 1,0 m3 
para 4,0 m3 enquanto sua pressão diminui de 
40 Pa para 10 Pa. Calcule o trabalho realizado 
pelo gás quando sua pressão varia com o 
volume de acordo com cada um dos três 
processos indicados no diagrama P-V da 
figura alo lado. 
(Resp. A:120 J; B: 75 J; C:30 J) 
 
 
13) Quando são colocados 12 moles de um gás em um recipiente com êmbolo que mantém a 
pressão igual a da atmosfera, inicialmente ocupando 2m³. Ao empurrar-se o êmbolo, o volume 
ocupado passa a ser 1m³. Considerando a pressão atmosférica igual a 105 Pa, qual é o trabalho 
realizado sob o gás?(Resp. -105 J) 
14) Uma amostra de gás ideal é expandida 
para o dobro de seu volume original de 1,0 m3 
em um processo quase estático para o qual 
� � ���, com �=5,0 atm/m6, como visto na 
figura ao lado. Quanto trabalho é realizado 
pelo gás em expansão? 
(Resp 1,18x106 J) 
 
 
15) (a) Determine o trabalho realizado por um 
fluido que se expande de � para �, como 
indicado na figura. (b) Quanto trabalho é 
realizado sobre o fluido se ele for comprimido 
de � para � ao longo da mesma trajetória? 
(Resp. (a) 12 x106 J; (b) – 12 x106 J 
 
 
16) Um sistema termodinâmico é submetido a um processo no qual sua energia interna diminui 
500 J. Ao mesmo tempo, 220 J de trabalho são realizados sobre o sistema. Encontre a energia 
transferida para o sistema ou transferida pelo sistema por meio do calor. (Resp. -720 J) 
17) Um gás realiza o processo cíclico descrito na 
figura ao lado. Encontre a energia resultante 
transferida para o sistema pelo calor durante um ciclo 
completo. 
 (Resp. 12 kJ) 
 
 
18) Um mol de um gás ideal realiza 3.000 J de trabalho sobre sua vizinhança ao se expandir 
isotermicamente para a pressão final de 1,0 atm e volume de 25,0 L. Determine (a) o volume 
inicial e (b) a temperatura do gás. (Resp. (a) 0,00765 m3; (b) 305 K) 
19) Quanto trabalho é realizado pelo vapor quando 1,00 mol de água a 100 °C entra em ebulição 
e se transforma em 1,00 mol de vapor a 1,00 atm de pressão. Considerando que o vapor se 
comporta como um gás ideal, determine a mudança na energia interna do vapor quando ele 
vaporiza? (Resp. 3099,7 J ; 37,58 kJ) 
20) Um gás ideal inicialmente a 300 K sofre uma expansão isobárica a 2,5 KPa. Se o volume 
aumenta de 1,0 m3 para 3,0 m3 e 12,5 kJ são transferidos para o gás pelo calor, quais são (a) a 
mudança em sua energia interna e (b) sua temperatura final? (Resp. (a) 7,5 KJ 9b) 900 K) 
21) Uma amostra de 2,0 moles de gás hélio inicialmente a 300 K e 0,40 atm é comprimida 
isotermicamente para 1,20 atm. Considerando que o hélio se comporta como um gás ideal, 
encontre (a) o volume final do gás, (b) o trabalho realizado sobre o gás e (c) a energia 
transferida pelo calor. (Resp. (a) 0,041 m3, (b) -5,48 kJ, (c) 5,48 kJ) 
 
 
3. Capacidade calorífica 
Quando não estiver especificado, use CP e CV dado na tabela apresentada nos slides. 
22) Calcule a mudança de na energia interna de 3,0 mols de gás hélio quando sua temperatura é 
aumentada 2,0 K. (Resp 74,8 J) 
23) Um mol de gás hidrogênio é aquecido a pressão constante de 300 K para 420 K. Calcule (a) 
a energia transferida para o gás pelo calor, (b) o aumento em sua energia interna (c) o trabalho 
realizado sobre o gás. (Resp. (a) Q=3456 J; (b) ∆Eint=2448 J e (c) W=1008 J) 
24) Em um processo realizado a volume constante, 209 J de energia são transferidos pelo calor 
para 1,0 mol de um gás ideal monoatômico (CV=3R/2) inicialmente a 300 K. Encontre (a) o 
aumento da energia interna do gás, o trabalho realizado sobre ele e (c) sua temperatura final. 
(Resp. (a) 0, (b) 209 J; (c) 316,7K) 
4. Transferência de energia 
25) Uma caixa feita de material isolante tem área total de superfície de 1,20 m2 e espessura da 
parede de 4,0 cm. Um aquecedor elétrico de 10W dentro da caixa mantém a temperatura interna 
em 15 °C acima da temperatura externa. Encontre a condutividade k do material isolante. (Resp. 
2,22x10-2 W/m°C) 
26) O vidro de uma janela tem área de 3,0 m2 e espessura de 0,60 cm. Se a diferença de 
temperatura entre as suas faces é de 25,0 °C, qual é taxa de transferência de energia através da 
janela? (Resp. 10 kW) 
27) Um estudante tenta decidir o que vestir. Seu quarto está a 20 °C. A temperatura de sua pele 
é de 35 °C. A área de sua pela exposta é de 1,50 m2. A pele das pessoas de todas as raças fica 
escura no infravermelho, com emissividade de cerca de 0,90. Descubra a perde de energia 
resultante do seu corpo pela radiação em 10 minutos. (Resp. 125 W; 7,48x104 J 
28) Uma barra de ouro está em contato térmico com uma barra 
de prata de mesmo comprimento e área (figura ao lado). Uma 
extremidade da barra composta é mantida a 80,0 °C e a 
extremidade oposta está a 30,0 °C. Quando a transferência de 
energia atinge o estado estacionário, qual a temperatura na 
junção? (Resp. 51,2 °C)