Lista_Fisica_II_-_Termperatura_e_Teoria_Cinetica

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Física II: Lista de Exercícios de Temperatura e Teoria cinética Prof. Leônidas Melo 
Questões 
1) Um pedaço de cobre é jogado num béquer de água. Se a temperatura da água se elevar, o que 
acontece com a temperatura do cobre? Sob que circunstâncias a água e o cobre estão em 
equilíbrio térmico? 
 
2) Quando a esfera e o anel de metal da figura abaixo, estão na temperatura ambiente, a esfera 
não passa pelo anel. Depois que o anel é aquecido, a esfera pode atravessá-lo. Explique 
 
3) Se um balão cheio de hélio inicialmente à temperatura ambiente for colocado em um freezer, 
o seu volume irá aumentar, diminuir ou permanecer o mesmo. 
4) Dois cilindros na mesma temperatura contém o mesmo tipo de gás. Se o volume do cilindro 
A for três vezes maior que do que o volume do cilindro B, o que você pode dizer sobre as 
pressões relativas nos cilindros? 
5) Explique por que uma coluna de mercúrio em um termômetro, quando colocada em água 
quente, primeiro desce ligeiramente, e então ascende. 
6) Depois que o alimento é cozido em uma panela de pressão, por que é muito importante 
resfriar o recipiente com água fria antes de tentar remover a tampa? 
Problemas 
Escalas Termométricas 
1) Um termômetro de gás a volume constante é calibrado em gelo seco (isto é, dióxido de 
carbono em estado sólido, que tem temperatura de -80,0 oC) e em álcool etílico fervente (78 oC). 
As duas pressões são 0,900 atm e 1,635 atm. (a) Qual é o valor do zero absoluto, em Celsius, 
produzido por esta calibração? Qual a pressão (b) no ponto de congelamento da água e (c) no 
ponto de ebulição da água? (Resp. (a) -274 oC; (b) 1,27 atm; (b) 1,74 atm). 
2) Em um termômetro de gás a volume constante, a pressão a 20,0 °C é 0,980 atm. (a) Qual a 
pressão a 45,0 °C? (b) Qual a temperatura se a pressão for 0,500 atm? [Resp.(a) 1,06 atm (b) -
124 °C] 
3) O nitrogênio líquido tem um ponto de ebulição de -195,81 oC na pressão atmosférica. 
Expresse esta temperatura em graus Fahrenheit e em Kelvin. (Resp. -320 oF e 77,3 K). 
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4) A diferença de temperatura entre o interior e a parte externa de um motor de automóvel é de 
450 oC. Expresse esta diferença de temperatura na escala Fahrenheit e na escala Kelvin. (Resp. 
810 oF e 450 K). 
5) Um termômetro de resistência é um termômetro no qual a resistência elétrica varia com a 
temperatura. Temos liberdade bastante para definir temperaturas medidas por tal termômetro em 
Kelvin (K) como sendo diretamente proporcionais à resistência R, medida em ohms. Certo 
termômetro de resistência apresenta uma resistência de 90,35 Ω quando seu bulbo é colocado na 
água à temperatura do ponto triplo (273,17 K). Que temperatura será indicada pelo termômetro 
se o bulbo for colocado num meio em que a resistência seja de 96,28 Ω. (Resp. 291,1 K) 
6) Suponha que, numa escala de temperatura X, a água ferva a -53,5 °X e congele a -170 °X. 
Qual o valor de 340 K na escala X? (Resp. -92,1 °X). 
 
7) Num intervalo de 0 a 700,0 °C, um termômetro de resistência de platina é usado para 
interpolar temperaturas na escala internacional de temperatura. A temperatura na escala Celsius 
Tc é dada por uma fórmula para a variação resistência com temperatura: 
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R0, A e B são constantes determinadas por medidas no ponto de gelo, no ponto de vapor e no 
ponto de fusão do zinco. 
(a) Se R vale 10,0 Ω no ponto de gelo, 13,946 Ω no de vapor e 24,172 Ω no de fusão do zinco, 
encontre R0, A e B. [Resp. 10,0 Ω, A=4,412x10-3 °C-1, B=-1,779x10-6 °C-2] 
(b) Trace o gráfico de R em função de Tc, na faixa de temperatura de 0 °C e 700 °C. 
Dilatação 
8) Um tubo de alumínio tem 3,00 m de comprimento a 20,0 oC. Qual é o comprimento a 100 oC 
e a 0,0 oC. Dados: O coeficiente de dilatação linear do alumínio é 24x10-6 (oC)-1. 
(Resp. 3,0058 m ; 2,9986). 
9) O elemento ativo de um determinado laser é feito de uma haste de vidro de 30,0 cm de 
comprimento por 1,50 cm de diâmetro. Se a temperatura da haste aumentar 65,0 oC, qual é o 
aumento (a) em seu comprimento, (b) em seu diâmetro e (c) em seu volume? Suponha que o 
coeficiente médio de expansão linear do vidro é 9,00x10-6 (oC)-1. (Resp. (a) 0,176 mm; (b) 8,76 
µm; (c) 0,093 cm3) 
10) Um furo quadrado com 8,0 cm de lado é cortado em uma placa de cobre. (a) Calcule a 
mudança na área desse furo se a temperatura da placa for aumentada de 50,0 K. (b) Essa 
mudança representa um aumento ou diminuição na área incluída pelo furo? [Resp. 0,109 cm2] 
11) O coeficiente médio de expansão volumar do tetracloreto de carbono é 5,81x10-4 (°C)-1. Se 
um recipiente de aço de 50 galões estiver completamente cheio com tetracloreto de carbono 
quando a temperatura for 10,0 °C, quanto do excesso derramará quando a temperatura for 30,0 
°C? [Resp. 0,548 galões] 
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12) A 20,0 °C, um anel de alumínio tem um diâmetro interno de 5,000 cm e uma haste de 
bronze tem um diâmetro de 5,050 cm. (a) Se somente o anel for aquecido, qual a temperatura 
que ele deve alcançar de tal forma que se encaixe na haste? (b) Se ambos forem aquecidos 
juntos, que temperatura eles devem alcançar para que o anel se encaixe sobre a haste? Esse 
último processo funcionaria? [Resp. (a) 473 °C; (b) 3000 °C] 
13) Um mastro de bandeira, de alumínio, mede 33 m de altura. De quando seu comprimento 
será alterado se haver um aumento de temperatura de 15 °C? (Resp. 1,1 cm) 
14) Uma janela de vidro mede exatamente 20 cm por 30 cm a 10 °C. De quanto sua área 
aumentará quando sua temperatura for de 40 °C? (Resp. 0,32 cm2) 
15) Encontre a variação no volume de uma esfera de alumínio de 10,0 cm de raio quando 
aquecida de 0 °C a 100 °C. (Resp. 29 cm3) 
16) Uma barra de aço a 25 °C tem 3,0 cm de diâmetro. Um anel de latão tem diâmetro interior 
de 2,992 cm a 25 °C. A que temperatura comum o anel se ajustará exatamente à barra? (Resp. 
T=360 °C). 
 
Gás Ideal 
17) Coloca-se hélio puro gasoso em um tanque que contém um pistão móvel. O volume, a 
pressão e a temperatura iniciais do gás são 15,0x10-3 m3, 200 kPa e 300 K. Encontre a 
temperatura final do gás se o volume for diminuído para 12,0x10-3 m3 e a pressão aumentada 
para 350 kPa. (Resp. 420 K) 
18) A água (H2O) tem dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio em cada molécula. 
Determine (a) o número de mols e (b) o número de moléculas em uma amostra de 0, 14 kg de 
água. (Resp. 7,78 mol e 4,68x1024 moléculas) 
19) Um gás ideal é mantido num recipiente com volume constante. Inicialmente, sua 
temperatura é 10,0 oC e sua pressão é 2,50 atm. Qual será sua pressão quando temperatura for 
80,0 oC? (Resp. 3,12 atm). 
20) Um tanque de volume de 0,300 m3 contém 2,00 mols de gás hélio a 20,0 oC. Supondo-se 
que o hélio comporta-se com um gás ideal, (a) encontre a energia interna do total do gás. (b) 
Qual a energia cinética média por molécula? (Resp. a. 7,30x103 J; b. 6,07x10-21J) 
21) Um auditório de escola tem dimensões de 10,0mx20,0mx30,0m. Quantas moléculas de ar 
enchem o auditório a 20oC e uma pressão de 101 kPa? 
22) Um gás ideal ocupa um volume de 100 cm� a 20,0 oC e 100 Pa. Encontre o número de mols 
do gás do recipiente. Quantas moléculas do gás estão no recipiente? (Resp. 4,10x10-6 mol ; 
2,47x1018 moléculas) 
23) Um tanque que tem um volume de 0,10 m3 contém gás hélio a 150 atm.Quantos balões o 
tanque pode inflar cada balão cheio for uma esfera de 0,30 m de diâmetro em uma pressão 
absoluta de 1,20 atm? [Resp. 884 balões] 
24) Um cubo de 10,0 cm de aresta contém ar (com massa molecular equivalente a 28,9 g/mol) à 
pressão atmosférica e temperatura de 300 K. Encontre (a) a massa do gás, (b) seu peso e (c) a 
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forçaem cada face do cubo. (d) Comente a razão física pela qual uma amostra tão pequena pode 
exercer uma força tão grande. [Resp. (a) 1,17x10-3kg; (b)11,5 mN; 1,01 kN] 
25) Em sistemas avançados de vácuo , estão sendo alcançadas pressões tão baixas quanto 10-9 
Pa (10-14 atm). Calcule o número de moléculas em um recipiente de 1,0 m3, a uma pressão de 
1,0x10-9 Pa se a temperar atura for 27,0 °C. [Resp. 2,41x1011 moléculas] 
26) Uma quantidade de um gás ideal a 10 °C e à pressão de 100 kPa ocupa um volume de 2,5 
m3. (a) Quantos mols de gás estão presentes? (b) Se a pressão for levada para 300 kPa e a 
temperatura para 30,0 °C, qual o volume que o gás ocupará? [Resp. (a) 106 mol 0,892 m3] 
Teoria Cinética 
27) Usando o fato de que a massa molecular do hélio 4,00x10-3 Kg/mol, determine a velocidade 
média quadrática dos átomos a 20 oC. (Resp. 1,35x103 m/s) 
28) (a) Quantos átomos de hélio enchem um balão de 30,0 cm de diâmetro a 20 oC e 1,0 atm. (b) 
Qual é a energia cinética média dos átomos de hélio? (c) Qual é a velocidade média quadrática 
dos átomos de hélio? (Resp. (a) 3,53x10-23 átomos; (b) 6,07x10-21 J; (a) 1,35 km/s) 
29) Um cilindro contém uma mistura de hélio e argônio em equilíbrio a 150 oC. (a) Qual é a 
energia cinética média de cada tipo de molécula de gás? (b) Qual é a velocidade média 
quadrática de cada tipo de gás? (Resp. (a) 8,76x10-21 J para ambos; (b) 1,62 Km/s para o hélio e 
514 m/s para o argônio) 
30) Um gás ocupa um recipiente cilíndrico de seção transversal circular de raio R = 0,22 m e 
comprimento L =0,35 m. A pressão do gás é de 2,00 atm, ou 2,02.105 Pa. Determine: a) o 
volume em litros ocupado pelo gás e b) a força exercida pelo gás sobre uma das faces circulares 
do cilindro. (Resp. V = 53 litros e F= 31 kN)