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Centro Universitário Maurício de Nassau Prof. Isaías Soares Disciplina: Fundamentos da Termodinâmica Lista 2 – Calorimetria e 1ª Lei da Termodinâmica 1) Dois corpos A e B, de massas diferentes, partindo de uma mesma temperatura, recebem uma mesma quantidade de calor e chegam á mesma temperatura final. Suas capacidades térmicas são iguais ou diferentes? E sobre seus calores específicos, são iguais ou diferentes? 2) Um bloco de 536g de prata a 20°C é aquecido até 80°C ao receber 1800 cal. Determine a capacidade térmica do bloco e o calor específico da prata. 3) A massa e o calor específico de 5 amostras de materiais diferentes são fornecidos a seguir: Material Massa (g) Calor específico (cal/g°C) A 150 0,20 B 50 0,30 C 250 0,10 D 40 0,25 E 400 0,15 As cinco amostras se encontram á mesma temperatura inicial e recebem a mesma quantidade de calor. Qual delas atingirá a maior temperatura final? 4) Uma garrafa térmica contém água a 60°C. O sistema possui capacidade térmica de 80 cal/°C. O sistema é colocado sobre uma mesa, e após 2 horas, sua temperatura cai para 55°C. Calcule a perda de energia térmica para o ambiente e a taxa de calor dissipado em watts. 5) Calcule a quantidade mínima de energia, em joules, necessária para derreter completamente 130g de prata, inicialmente a 15°C. Dado: ponto de fusão da prata: 1235 K. 6) Que massa de água a 25°C deve atingir equilíbrio térmico com 1,85 kg de alumínio a 150°C para que a temperatura final do sistema atinja 65°C? Suponha que a água que entre em contato com o alumínio não muda de fase. 7) Uma combinação de 0,25 kg de água a 20°C, 0,40 kg de alumínio a 26°C e 0,10 kg de cobre a 100°C são misturados. Após equilíbrio térmico, determine a temperatura final do sistema. 8) Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para aquecer 1kg de água. O aquecedor elétrico diz no seu rótulo que ele possui 200 W de potência, o que significa que ele converte energia elétrica em térmica nessa taxa. Em quantos minutos a água é aquecida de 23°C para 100°C? 9) Uma massa de 10g de gelo a -10°C recebe 2800 cal. Após o processo, ainda teremos gelo no sistema? Se a resposta for negativa, qual a temperatura final da água? 10) Num calorímetro ideal misturam-se 200g de gelo a 0°C com 250g de água a 35°C. Qual a composição do sistema em percentual de água e de gelo após o equilíbrio térmico? 11) Dois cubos de gelo de 50g a -15°C são mergulhados em 200g de água a 25°C. Se o recipiente é isolado termicamente, calcule a temperatura final da mistura. E se fosse apenas um cubo de gelo, qual seria a temperatura final? (sugestão: faça o cálculo como se a água a 25°C tivesse que se resfriar até 0°C e aí você concluirá se o(s) cubo(s) derreterá(ão)). 12) No interior de um calorímetro ideal são colocados 50g de água a 50°C e 20g de gelo a -20°C. Qual a temperatura final após o equilíbrio térmico? 13) Uma mistura de gelo e água em estado líquido, com massa total de 100 g, encontra-se à temperatura de 0°C. Um certo tempo após receber 16.000 J de calor, a mistura acha-se completamente transformada em água líquida a 20°C. Qual era, aproximadamente, a massa de gelo contida na mistura inicial? 14) Um gás perfeito sofre uma expansão, realizando um trabalho de 200 J. Se no final do processo a energia interna do sistema está com 60 J a mais do que o início, qual a quantidade de calor trocada? Ela sai ou entra do sistema? 15) Um gás ideal sofre expansão isotérmica ao receber 250 J do ambiente em forma de calor. Qual o trabalho realizado pelo gás e qual a variação de sua energia interna? 16) Um sistema gasoso ideal sofre uma transformação isobárica de pressão igual a 50 kPa. Se seu volume evolui de 3L para 6L, qual o trabalho realizado pelo gás? 17) Um sistema gasoso troca (recebe ou cede) 150 cal em forma de calor. Determine o trabalho trocado com o ambiente nas seguintes situações: a) Expansão isotérmica; b) Compressão isotérmica; c) Aquecimento isométrico. 18) Um gás recebe 80J de calor durante uma transformação isotérmica. Qual a variação de energia interna e o trabalho realizado pelo gás no processo? 19) Se um gás ideal é comprimido isotermicamente, então: a) ele recebe calor do ambiente. b) ele cede calor ao ambiente. c) ele realiza trabalho sobre o ambiente. d) sua energia interna aumenta. e) sua energia interna diminui. 20) No diagrama abaixo: Indique o caminho de menor trabalho quando uma amostra de gás sai do ponto a para o Ponto B. 21) No diagrama abaixo: Determine o trabalho realizado e o calor trocado. 22) Um gás perfeito sofre uma expansão isobárica sob pressão de 5 N/m2. Seu volume aumenta de 0,2 m3 até 0,6 m3. Qual a variação de energia interna do gás se ele recebe 5 J de calor do ambiente? 23) Numa transformação termodinâmica, um gás ideal troca 209 J em forma de trabalho. Determine o calor que o sistema troca com o ambiente em cada um dos casos: a) Expansão isotérmica; b) Compressão isotérmica; c) Expansão adiabática. Problemas mais complexos 24) Quantos cubos de gelo de 20g cada, a -10°C são necessários para resfriar 1L de água de 90°C até 10°C? 25) Um anel de cobre de 20g possui um diâmetro de 2,54000 cm a 0°C. Uma esfera de alumínio possui diâmetro de 2,54508 cm a 100°C. A esfera é colocada sobre o anel e permite-se que os dois cheguem ao equilíbrio térmico, e nesse momento, a esfera passa sem folga pelo anel. Qual a massa da esfera? 26) O calor específico de uma substância varia com a temperatura de acordo com a equação: c(T) = 0,20 + 0,14T + 0,023 T2, com T em °C e c em cal/g°C Encontre o calor necessário para elevar de 5°C até 15°C uma massa de 2g dessa substância.
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