Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)

Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)


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11 u a boi d bol'ch d 11 k '"'C , Ih da b . m a e 1 e e g, a v , e mergu a em uma a-
tura da água sobe rapidamente para 24,0"C. Qual era a Lemperatura \u2022 
nheira contendo uma mistura de gelo e água. Pouco tempo depois, 
inicial da panela, em ºC e em "F? quando um novo equilíbrio é es tabelecido, a quantidade de gelo 
21. li Uma esfera de metal de 500 g é aquecida até atingir 300"C, depois durun' · ui·u em :i- 0 g De e alt bola,. · · d ? S h , . . qu ura a 101 JOga a. upon a que 
é colocada em um béquer químico contendo 300 cm de mercúrio a 
nenhuma água ou gelo ca ia para fora da banheira. 
20,0"C. Pouco mais tarde, ª temperatura do mercúrio esrabiliza cm 35. li O queimador de um fogão elétrico tem potência de saída de 2,0 
99,0ºC. identifique o metal da esfera. 
Seção 17. 7 Calores específicos de gases 
22. 1 U m recipiente contém 1,0 g de a rgônio a uma pressão de 8,0 atm. 
a. Quanto calor é necessário para aumentar a temperatura cm 
l OO°C, a volume constante? 
b. Qual será o aumento de temperatura ~e esta quantidade de ener-
gia ténnica for transferida para o gás a pressão constante? 
23. 1 Um recipiente contém 1,0 g de oxigênio a uma pressão de 8,0 atm. 
a. Quanto calor é necessário para aumentar a temperatura em 
1 OO"C, a pressão constante? 
b. Qual será o aumemo de temperatura se esta quantidade de ener-
gia térmica for transferida para o gás a volume constante? 
kW. Uma chaleira de 750 g é preenchida com água a 20"C e coloca-
da sobre o queimador já aquecido do fogão. Se 3,0 minutos foram 
necessários para que a água entrasse em ebulição, que volume de 
água. cm cm3\u2022 havia na chaleira? Em sua maior parte, o aço é ferro. 
portanto suponha que seu calor específico seja igual ao do ferro. 
36. li Dois carros colidem frontalmente quando cada um deles trafe-
gava a 80 km/h. Suponha que suas energia~ cinéticas sejam trans-
formadas em energia térmica dos destroços. Qual é o aumento de 
remperarura de cada carro? Considere que o calor específico dos 
carros seja igual ao do ferro. 
37. Ili Um pedaço de 10 g de alumínio, a 200ºC, e outro de 20 g de cobre 
são mergulhados em 50 cm3 de álcool etílico a 15ºC. A temperatura 
rapidamente atinge 25ºC. Qua.l e ra a temperatura inicial do cohre? 
l 
1 
1 
1 
1 
538 Física: Uma Abordagem Estratégíca 
38. li Um cubo de gelo de 100 g a - lOºC é colocado em um copo 
de alumínio cuja temperatura inicial é 7ff'C. O sistema atinge uma 
temperatura de equilíbrio de 20ºC. Qual é a massa do copo? 
39. li lim pedaço de 512 g de um metal desconhecido, à temperatura 
de 15ºC. é mergulhado em um recipiente de alumínio de 100 g que 
contém 325 g de água a 98°C. Pouco tempo depois, a temperatura 
do recipiente com água e metal estabiliza na nova temperatura de 
78ºC. Idenúfique o metal. 
40. li Um experimento revela que o calor específico a volume constan-
te de certo gás monoatômico é 625 J/kg K. ldenúfique o gás. 
41. Ili Um tanque de aquecimento elétrico de água, com capacidade para 
150 L, tem um aquecedor de 5,0 kW. Quantos minutos transcorrerão 
até a que a temperatura da água passe de 65°F para 140ºF? 
42. 1 Um experimento mede a temperatura de 500 g de uma substân-
cia enquanto calor lhe é fornecido a uma taxa constante. A FIGURA 
P17.42 representa os resultados do experimento. Quanto valem (a) 
o calor específico no estado sólido; (b) o calor específico no estado 
líquido; (e) a temperatura de fusão e a de ebulição; e (d) o calor 
latente de fusão e de vaporização para esta substância? 
T(ºC) 
80 
60 
40 
20 
Q +-..-....--r~~-12r0~-160..-..-2-r-OOQ(k1) 
-20 
FIGURA P17.42 -40 
43. li Em muitos experimentos feitos a baixas temperaturas em labora-
tórios usa-se o nitrogênio líquido. Ele é facilmente disponível e custa 
menos do que gasolina! Quanto calor deve ser removido do gás ni-
trogênio a temperatura ambiente (20ºC) a fim de produzir 1,0 L de 
nitrogênio líquido? A densidade do nitrogênio líquido é 810 kg/m
3
. 
44. Ili O café em sua xícara de 300 mL está quente demais para ser 
bebido ao ser servido a 90ºC. Qual é a massa de um cubo de gelo, 
tirado de um congelador a -20ºC, que, ao ser mergulhado no café, 
diminuirá sua temperatura para confortáveis 60ºC? 
45. li Você encontra uma caixa térmica vazia, daquelas usadas para 
manter as bebidas geladas em um piquenique no parque. A cai-
xa tem paredes de alumínio revestidas com um material isolante. 
Trata-se de uma caixa térmica de 29 L com 2,0 kg de alumínio. 
Só de brincadeira, você atira um rojão dentro dela, fecha a tampa 
e senia sobre a caixa para que a tampa não arrebente. Um m inuto 
mais tarde, quando abre a tampa, você nota que a marcação de um 
termômetro embutido na caixa subiu de 25ºC para 28ºC. Quanta 
energia foi liberada pelo rojão ao explodir? 
46. 1 Um reator nuclear típico gera 1000 MW (1000 MJ/s) de energia 
elétrica. Ao fazer isso, ele produz 2000 MW de "calor residual", 
que deve ser removido do reator para que ele não derreta. Muitos 
reatores localizam-se próximos a grandes porções de água, para que 
possam dispor de água para sua refrigeração. Considere um reator 
em que a entrada de água ocorra a 18ºC. Leis estaduais limitam a 
temperatura de saída da água a 30ºC, a fim de não afetar organis-
mos aquáticos. Quantos litros de água de refrigeração devem ser 
bombeados para o reaior por minuto? 
47. li Um béquer químico com fundo de Isolante 
metal é preenchido com 20 g de água térmico 
a 20ºC. Em seguida, ele é colocado §;'GB;\l::ti!!...--~~~ 
em bom contaio térmico com um 
recipiente de 4000 cm3 que contém 
0,40 mol de um gás monoatômico 
à pressão de 10 atm. Os dois reci -
pientes estão bem-isolados de suas 
vizinhanças. Qual é a pressão do gás FIGURA P17.47 
depois de um longo tempo decorrido? Considere que os recipientes 
sejam de massa desprezível e que não afe1em o resultado. 
48. li Dois mols de gás encontram-se a 3ff'C e a uma pressão de 1,5 
atm. Quanto trabalho deve ser realizado sobre o gás a fim de com! 
primi-lo para um 1erço de seu volume inicial (a) a temperatura cons-
tante e (b) a pressão constante? (c) Represente os dois processos em 
um único diagrama p V. 
49. li Quinhentos joules de trabalho devem ser realizados a fim de 
comprimir um gás à metade de seu volume inicial a temperatura 
constante. Quanto tr'.i.balho deverá ser realizado parn comprimir o 
gás por um faior de 1 O, iniciando com o mesmo volume inicial? 
50. li Um cilindro com um pistão de 16 cm de diâmetro contém gás a 
uma pressão de 3,0 atm. 
a. Qual é a intensidade da força que o gás exerce sobre o pistão? 
b. Qual é a intensidade da força que a vizinhança exerce sobre o 
pistão? 
e. O gás sofre expansão a pressão constanle e empurra o pistão em 
10 cm. Quanto trabalho é realizado pela vizinhança? 
d. Quanto trabalho é realizado pelo gás? 
e. A energia 1érrnica do gás aumenta em 196 J durante a expansão 
do item e. Neste processo, a energia térmica é transferida para o 
gás ou para fora dele? Qual é o valor dessa energia? 
51. li Um cilindro de 10 cm de diâmetro contém gás argônio a uma 
pressão de 10 atm e uma temperatura de 5ff'C. Um pistão pode des-
lizar para dentro e para fora do cilindro. A altura inicial do cilindro é 
de 20 cm. f.?ois mil e quinhentos joules de calor são transferidos para 
o gás, fazendo com que ele se expanda a pressão constante. Quanto 
valem (a) a temperatura final e (b) o comprimento final do cilindro? 
52. li Um cubo com lado de 20 cm contém 3,0 g de hélio a 2ff'C. Mil 
joules de energia ténnica são transferidos para o gás. (a) Qual é a 
pressão final se o processo foi realizado a volume constante: e (b) 
qual é o volume final se o processo foi realizado a pressão constante? 
(e) Represente e denote os dois processos em um único diagrama pV. 
53. li Um cilindro vertical de 8,0 cm de diâmetro está bem-isolado ter-
rnicamente e contém nitrogênio gasoso. Ele