Lista04 - Temperatura e Calor

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Instituto Federal Alagoas – IFAL – Campus Maceió 
 
 
Nome completo: 
Turma: Disciplina: Física Professora: Satiko Data:__/__/2019 
 
1. Expresse as temperaturas abaixo nas outras escalas. 
98 ºC, -40 ºF e 77 K. 
 
2. Em qual temperatura na escala Fahrenheit é lida: (a) 
a mesma na escala Celsius; (b) a metade da escala 
Celsius; (c) duas vezes aquela da escala Celsius? 
 
3. Ouro derrete a uma temperatura de 1064 ºC e entra 
em ebulição a 2660 ºC. Expresse essas temperaturas 
em Kelvin. 
 
4. Uma panela com água é aquecida de 25°C para 80°C. 
A variação de temperatura sofrida pela panela com água, 
nas escalas Kelvin e Fahrenheit, foi de 
a) 32 K e 105°F. 
b) 55 K e 99°F. 
c) 57 K e 105°F. 
d) 99 K e 105°F. 
e) 105 K e 32°F. 
 
5. A temperatura em Spearfish, South Dakota, subiu de 
- 4 °F para 45 °F em apenas 2 minutos. 
a) Qual foi a variação de temperatura em graus 
Fahrenheit? 
b) Quais os valores da temperatura em graus Celsius? 
c) Qual a foi a variação de temperatura em graus 
Celsius? 
 
6. Construiu-se um alarme de temperatura baseado em 
uma coluna de mercúrio e em um sensor de passagem, 
como sugere a figura a seguir. A altura do sensor óptico 
(par laser/detetor) em relação ao nível, H, pode ser 
regulada de modo que, à temperatura desejada, o 
mercúrio, subindo pela coluna, impeça a chegada de luz 
ao detetor, disparando o alarme. Calibrou-se o 
termômetro usando os pontos principais da água e um 
termômetro auxiliar, graduado na escala centígrada, de 
modo que a 0°C a altura da coluna de mercúrio é igual a 
8cm, enquanto a 100°C a altura é de 28cm. A 
temperatura do ambiente monitorado não deve exceder 
60°C. O sensor óptico (par laser/detetor) deve, portanto, 
estar a uma altura de 
a) H = 20cm 
b) H = 10cm 
c) H = 12cm 
d) H = 6cm 
e) H = 4cm 
 
7. Um nova engrenagem é composta por um pistão que 
contém 0,60 kg de aço, com calor específico 0,11 
kcal/kg.ºC e 1,2 kg de alumínio (calor específico = 0,214 
kcal/kg .ºC). Quanto de calor é requerido para aumentar 
a temperatura do pistão de 20 ºC para a temperatura de 
160 ºC? 
 
8. A oitenta gramas de latão, calor específico 0,092 
cal/g.ºC, a 292 ºC, é adicionado 200 g de água, calor 
específico 1 cal/gºC, a 14º C, em um tanque isolado de 
capacidade calorífica desprezível. Qual a temperatura 
final do sistema? 
 
9. Enquanto uma pessoa dorme ela tem uma taxa de 
metabolismo de aproximadamente 100 kcal por hora. 
Essa energia flui do corpo como calor. Suponha que a 
pessoa mergulha em um tanque com 1200 kg de água a 
uma temperatura de 27º C. Se o calor flui para água, de 
quanto a temperatura da água aumenta ao passar 1h? 
 
10. A 160 g de água a 10º C é adicionado 200 g de ferro 
(c = 0,11 cal/gº C) a 80º C e 80 g de mármore (c = 0,21 
cal/gº C) a 20º C. Qual é a temperatura final da mistura? 
 
11. Uma bala de chumbo de 4 g vai a uma velocidade de 
350 m/s e se choca com um bloco de gelo a uma 
temperatura de 0 ºC. Se o calor gerado pelo atrito derrete 
o gelo, quanto de gelo é derretido? O calor latente de 
fusão do gelo é de 80 kcal/kg e seu calor específico é 0,5 
cal/g.ºC. 
 
12. Quantos cubos de gelo devem ser adicionados a 
uma vasilha contendo 1 litro de água em ebulição à 
temperatura de 100º C, desde que a mistura resultante 
alcance uma temperatura de 40º C? Suponha que cada 
cubo de gelo tem uma massa de 20 g e que a vasilha e 
o ambiente não trocam calor com a água. 
 
13. Em cada uma das situações descritas a seguir você 
deve reconhecer o processo de transmissão de calor 
envolvido: condução, convecção ou radiação. 
I. As prateleiras de uma geladeira doméstica são grades 
vazadas para facilitar a ida da energia térmica até o 
congelador por (...). 
II. O único processo de transmissão de calor que pode 
ocorrer no vácuo é a (...). 
III. Numa garrafa térmica, é mantido vácuo entre as 
paredes duplas de vidro para evitar que o calor saia ou 
entre por (...). 
 
Na ordem, os processos de transmissão de calor que 
você usou para preencher as lacunas são: 
a) condução, convecção e radiação; 
b) radiação, condução e convecção; 
c) condução, radiação e convecção; 
d) convecção, condução e radiação; 
e) convecção, radiação e condução. 
 
14. Ao colocar a mão sob um ferro elétrico quente, sem 
tocar na sua superfície, sentimos a mão “queimar”. Isso 
ocorre porque a transmissão de calor entre o ferro 
elétrico e a mão se deu principalmente através de: 
a) radiação. 
b) condução e convecção. 
c) condução. 
d) convecção e radiação. 
e) convecção. 
 
 
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15. Sobre transmissão de calor, analise as proposições 
e indique a que você acha correta. 
a) A condução térmica é a propagação do calor de uma 
região para outra com deslocamento do material 
aquecido. 
b) A convecção térmica é a propagação de calor que 
pode ocorrer em qualquer meio, inclusive no vácuo. 
c) A radiação térmica é a propagação de energia por 
meio de ondas eletromagnéticas e ocorre 
exclusivamente nos fluidos. 
d) A transmissão do calor, qualquer que seja o processo, 
sempre ocorre, naturalmente, de um ambiente de maior 
temperatura para outro de menor temperatura. 
e) As correntes ascendentes e descendentes na 
convecção térmica de um fluido são motivadas pela 
igualdade de suas densidades. 
 
16. Em regiões litorâneas, as variações de temperatura 
(máxima e mínima) não são grandes quando 
comparadas com outras regiões. Observa-se, também, 
nessas regiões que, durante o dia, uma brisa sopra em 
um sentido e à noite sopra no sentido contrário. Esses 
fenômenos podem ser explicados pela presença de 
grandes massas de água nessas regiões. Com relação 
a esses fenômenos, assinale o que for correto. 
 
01. Ao anoitecer, a água do mar resfria-se mais 
rapidamente do que a terra, porque o calor específico da 
água é maior do que o da terra. 
02. Ao anoitecer, a terra resfria-se mais rapidamente do 
que a água do mar, porque o calor específico da água é 
maior do que o da terra. 
04. Durante o dia, observa-se uma brisa soprando do 
mar para a terra. Uma justificativa pode ser o fato de a 
massa de ar próxima à superfície da terra estar mais 
aquecida do que a massa de ar junto à superfície da 
água do mar. 
08. Durante a noite, observa-se uma brisa soprando da 
terra para o mar. Uma justificativa pode ser o fato de a 
massa de ar próxima à superfície da terra estar mais 
aquecida do que a massa de ar junto à superfície da 
água do mar. 
16. Durante o dia, a temperatura da água do mar é menor 
do que a da terra, porque o calor específico da água é 
maior do que o da terra. 
 
17. A figura ao lado, que representa, esquematicamente, 
um corte transversal de uma garrafa térmica, mostra as 
principais características do objeto: parede dupla de 
vidro (com vácuo entre as duas partes), superfícies 
interna e externa espelhadas, tampa de material isolante 
térmico e revestimento externo protetor. 
 
 
A garrafa térmica mantém a temperatura de seu 
conteúdo praticamente constante por algum tempo. Isso 
ocorre porque 
a) as trocas de calor com o meio externo por radiação e 
condução são reduzidas devido ao vácuo entre as 
paredes e as trocas de calor por convecção são 
reduzidas devido às superfícies espelhadas. 
b) as trocas de calor com o meio externo por condução 
e convecção são reduzidas devido às superfícies 
espelhadas e as trocas de calor por radiação são 
reduzidas devido ao vácuo entre as paredes. 
c) as trocas de calor com o meio externo por radiação e 
condução são reduzidas pelas superfícies espelhadas e 
as trocas de calor por convecção são reduzidas devido 
ao vácuo entre as paredes. 
d) as trocas de calor com o meio externo por condução 
e convecção são reduzidas devido ao vácuo entre as 
paredes e as trocas de calor por radiação são reduzidas 
pelas superfíciesespelhadas. 
 
18. Uma substância com massa de 250 g é submetida a 
um aquecimento, conforme mostra abaixo o diagrama 
calor versus temperatura. Analisando-se o diagrama, 
pode-se afirmar que o calor específico dessa substância 
é de 
 
a) 1 cal/g ºC 
b) 0,1 cal/g ºC 
c) 0,01 cal/g ºC 
d) 2,5 cal/g ºC 
 
19. Um corpo de massa 200 g a 50º C, feito de um 
material desconhecido, é mergulhado em 50 g de água 
a 90ºC. O equilíbrio térmico se estabelece a 60ºC. Sendo 
1 cal/g.ºC o calor específico da água, e admitindo só 
haver trocas de calor entre o corpo e a água, determine 
o calor específico do material desconhecido. 
 
20. Um objeto de massa 80 g a 920ºC é colocado dentro 
de 400 g de água a 20ºC. A temperatura de equilíbrio é 
30ºC, e o objeto e a água trocam calor somente entre si. 
Calcule o calor específico do objeto. O calor específico 
da água é 1 cal/ g.ºC. 
 
21. O alumínio tem calor específico 0,20 cal/g.ºC e a 
água 1 cal/g.ºC. Um corpo de alumínio, de massa 10 g e 
à temperatura de 80ºC, é colocado em 10 g de água à 
temperatura de 20ºC. Considerando que só há trocas de 
calor entre o alumínio e a água, determine a temperatura 
final de equilíbrio térmico. 
 
22. Numa transformação sob pressão constante de 800 
N/m2, o volume de um gás ideal se altera de 0,020 m3 
para 0,060 m3. Determine o trabalho realizado durante a 
expansão do gás. 
 
 
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23. Um gás ideal, sob pressão constante de 2.105 N/m2, 
tem seu volume reduzido de 12.10-3 m3 para 8.10-3 m3. 
Determine o trabalho realizado no processo. 
 
24. Sob pressão constante de 50 N/m2, o volume de um 
gás varia de 0,07 m3 a 0,09 m3. 
a) O trabalho foi realizado pelo gás ou sobre o gás pelo 
meio exterior? 
b) Quanto vale o trabalho realizado? 
 
25. Analise as seguintes afirmativas a respeito dos tipos 
de transformações ou mudanças de estado de um gás. 
I. em uma transformação isocórica o volume do gás 
permanece constante. 
II. em uma transformação isobárica a pressão do gás 
permanece constante. 
III. em uma transformação isotérmica a temperatura do 
gás permanece constante. 
IV. em uma transformação adiabática variam o volume, 
a pressão e a temperatura. 
 
Com a relação as quatro afirmativas acima, podemos 
dizer que: 
a) só I e III são verdadeiras. 
b) só II e III são verdadeiras. 
c) I, II, III e IV são verdadeiras. 
d) só I é verdadeira. 
e) todas são falsas. 
 
26. A equação matemática que representa a 1ª lei da 
termodinâmica é dada por E = Q −  , onde E é a 
variação da energia interna do sistema, Q é a quantidade 
de calor trocado, e  é o trabalho realizado. A respeito 
deste assunto, assinale o que for correto. 
 
01. A 1ª lei da termodinâmica é uma afirmação do 
princípio da conservação da energia. 
02. Em uma transformação cíclica, a variação da energia 
interna do sistema é nula. 
04. Em uma compressão adiabática, o sistema recebe 
trabalho sem fornecer calor. 
08. A energia interna de um gás perfeito se conserva 
durante uma transformação isotérmica. 
 
27. Ao realizar um trabalho de 80 mil calorias, um 
sistema termodinâmico recebeu 60 mil calorias. Pode-se 
afirmar que, nesse processo, a energia interna desse 
sistema 
a) se conservou. 
b) aumentou 60 mil calorias. 
c) diminuiu 80 mil calorias. 
d) aumentou 20 mil calorias. 
e) diminuiu 20 mil calorias. 
 
28. Uma amostra de gás perfeito é comprimida por um 
agente externo, ao mesmo tempo em que recebe 350 J 
de calor de uma fonte térmica. Sabendo−se que o 
trabalho do agente externo foi de 650 J, a variação da 
energia interna do gás foi de: 
a) −1000 J 
b) 300 J 
c) 1000 J 
d) −300 J 
 
29. Uma amostra de gás sofre a transformação ABC 
representada no gráfico. Durante esse processo, é 
transferida para o gás uma quantidade de energia, na 
forma de calor, igual a 10 calorias. 
 
a) Nomeie as transformações AB e BC sofrida pelo gás 
b) Determine o trabalho realizado pelo gás na 
transformação; 
c) Determine a variação de energia interna sofrida pelo 
gás na transformação. (Adote 1,0 cal ~ 4,0 J.) 
 
30. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo 
termodinâmico representado no diagrama p x V da 
Figura 
 
O trabalho, em joules, realizado durante um ciclo é: 
a) + 30 J 
b) – 90 J 
c) + 90 J 
d) – 60 J 
e) – 30 J 
 
31. As transformações termodinâmicas ilustradas no 
diagrama PV da figura abaixo constituem o modelo 
idealizado do ciclo Otto, utilizado em motores de 
combustão interna de automóveis a gasolina. No 
diagrama, P representa a pressão na câmara de 
combustão, e V o volume da câmara. Suponha que, na 
transformação b→c, 200 J de calor sejam fornecidos a 
partir da queima da mistura ar-gasolina contida na 
câmara de combustão e que 80 J de calor tenham sido 
liberados, durante a exaustão, na transformação d→a. 
 
Dados: 
 
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 No ciclo Oto, é possível ocorrerem os seguintes tipos 
de transformações: transformações isovolumétricas, 
expansão adiabática e compressão adiabática. 
 Primeira lei da Termodinâmica: U = Q – W, onde U 
é a variação da energia interna do sistema, Q é o calor 
total trocado pelo sistema, e W é o trabalho total 
realizado. 
 
A partir dessas informações, 
a) identifique as transformações que ocorrem entre os 
estados (a→b), (b→c), (c→d) e (d→a). 
b) determine o trabalho realizado no ciclo Otto completo. 
 
32. Um gás ideal, com um volume inicial de 0,50 dm3 e 
sob pressão inicial de 1,0 × 105 N/m2, sofre a 
transformação cíclica representada no diagrama PV 
abaixo. 
 
Determine: 
a) o trabalho realizado, em Joules. 
b) a variação de energia interna, em Joules. 
c) o calor absorvido no ciclo, em Joules. 
 
33. A importância do ciclo de Carnot reside no fato de 
ser: 
a) o ciclo da maioria dos motores térmicos. 
b) o ciclo de rendimento igual a 100%. 
c) o ciclo que determina o máximo rendimento que um 
motor térmico pode ter entre duas dadas temperaturas. 
d) o ciclo de rendimento maior que 100%. 
 
34. As máquinas térmicas transformam a energia interna 
de um combustível em energia mecânica. De acordo 
com a 2ª Lei da Termodinâmica, não é possível construir 
uma máquina térmica que transforme toda a energia 
interna do combustível em trabalho, isto é, uma máquina 
de rendimento igual a 1 ou equivalente a 100%. 
 
O cientista francês Sadi Carnot (1796-1832) provou que 
o rendimento máximo obtido por uma máquina térmica 
operando entre as temperaturas T1 (fonte quente) e T2 
(fonte fria) é dado por Com base nessas informações, é 
correto afirmar que o rendimento da máquina térmica 
não pode ser igual a 1 porque, para isso, ela deveria 
operar 
A) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, no 
zero absoluto. 
B) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma 
fonte fria à temperatura T2 = 0ºC. 
C) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, 
diferente do zero absoluto. 
D) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma 
fonte fria à temperatura T2 = 0 K 
 
35. Calcule o trabalho realizado pelo motor de geladeira 
que retira 1.000 cal do congelador e joga no ambiente 
1.200 cal. 
 
36. Qual é o rendimento máximo de uma máquina 
térmica que opera entre a temperatura de 27ºC e 227ºC? 
(Dica: para usar a equação de rendimento, a 
temperatura deve estar em Kelvin) 
 
37. Um motor térmico realiza 20 ciclos por segundo. A 
cada segundo, ele retira 800 J da fonte quente e cede 
500 J à fonte fria. Calcule: 
a) o rendimento de cada ciclo; 
b) a temperatura da fonte quente, sabendo que a fonte 
fria está a 27ºC. 
 
38. O esquema simplificado abaixo representa um motor 
térmico. Considere o calor absorvido do reservatório 
quente Q1 = 4.104 joules a cada segundo e o rendimento 
desse motor igual a 40% do rendimento de um motor de 
CARNOT, operando entre os mesmosreservatórios T1 e 
T2. Pode‐se afirmar que a potência do referido motor é: 
 
a) 30 kW 
b) 18 kW 
c) 12 kW 
d) 16 kW 
 
39. A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de 
calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na 
sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina 
pode ter é de 
a) 20% 
b) 25% 
c) 75% 
d) 80% 
e) 100% 
 
40. Um condicionador de ar, funcionando no verão, 
durante certo intervalo de tempo, consome 1.600 cal de 
energia elétrica, retira certa quantidade de energia do 
ambiente que está sendo climatizado e rejeita 2.400 cal 
para o exterior. A eficiência desse condicionador de ar é 
a) 0,33 
b) 0,50 
c) 0,63 
d) 1,50 
e) 2,00