Física II: lista de temperatura e calor

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LISTA 5 - Nelson A. Alves FÍSICA II Temperatura e calor 1
1) Em que temperatura a leitura das escalas:
a) Fahrenheit e Celsius coincidem ? b) Fahrenheit e Kelvin coincidem ? c) Celsius e Kelvin
coincidem ?
2) Quais são as razões entre as escalas de pressão quando medidas em:
a) atmosferas e Pascal;
b) atmosferas e Torricelli (torr);
c) Torricelli e mmHg ?
3) As pressões do ar em um termômetro de gás a volume constante é 470 mmHg e 683,5
mmHg, obtidas respectivamente em t = 0 oC e t = 100 oC. Quando o bulbo do termômetro
é inserido em uma panela de água quente, a pressão medida é 615 mmHg. Calcule a tem-
peratura desta água quente. (Dica: ver Fig. 1)
Figure 1: Determinação de t em
função de P.
Figure 2: Série de medidas para determinação da tem-
peratura de ebulição da água com os gases N2, H2 e He
como substâncias termométricas (Halliday, v. 2, p. 167).
4) Um termômetro de gás a volume constante registra uma pressão absoluta que corresponde
a 325 mm Hg quando em contato com a água que está no ponto triplo. Qual seria a pressão
lida no termômetro se estivesse em contato com água no ponto de ebulição normal ?
5) Um termômetro de gás a volume constante registra a pressão de 20,1 kPa no ponto triplo
da água e pressão de 27,5 kPa no ponto normal de ebulição. Qual é a temperatura provisória
para o ponto normal de ebulição ?
6) Dois termômetros de gás a volume constante são montados, um com hidrogênio como gás
de trabalho e o outro com nitrogênio. Ambos contém gás suficiente para que P3 = 80mm Hg.
a) Qual é a diferença entre as pressões nos dois termômetros quando ambos são mergulhados
em água no ponto de fervura ?
b) Qual das duas pressões é a maior ?
Dados: assumir que: T(com H2) = 373,12 e T(com N2) = 373,35, para P3 = 80 mmHg (ver
Fig. 2).
7) A pressão de um gás no ponto triplo da água é 1,35 atm. Se o seu volume permanecer
inalterado, qual será a sua pressão à temperatura em que o CO2 solidifica ?
Dado: tfusão CO2 = −78, 48 oC
LISTA 5 - Nelson A. Alves FÍSICA II Temperatura e calor 2
8) Os trilhos de aço de uma ferrovia foram colocados quando a temperatura era de 0 oC.
Que vão deve ser deixado entre as seções dos trilhos para que eles apenas se toquem quando
a temperatura subir para 42 oC se as seções têm 12 m de comprimento.
Dado: αaco = 1, 2 × 10−5 K−1
9) Num dia quente em Las Vegas, um caminhão de óleo é carregado com 9785 galões de
combust́ıvel diesel. Chegando numa cidade em outro Estado, onde a temperatura estava em
41 oF mais baixa que Las Vegas, despejou a carga total.
a) Quantos galões descarregou ?
b) Neste cálculo, voce considerou a dilatação do container de aço no caminhão que ar-
mazenava o diesel ? Explique.
Dados: αaco = 1, 2 × 10−5 K−1, e βóleo diesel = 9, 5 × 10−4/oC.
10) Suponha que voce tome o café da manhã numa x́ıcara de alumı́nio. A x́ıcara possui
massa igual a 0,12 kg e estava inicialmente a 20 oC quando voce a encheu com 0,3 kg de
café que estava a 70 oC. Qual é a temperatura final depois que a x́ıcara e o café atingem o
equiĺıbrio? (Supor que o calor espećıfico do café seja igual ao da água e que não haja troca
de calor com o meio ambiente).
11) Uma estudante de f́ısica deseja resfriar 0,25 kg de Coca-Cola (constituida em sua maior
parte por água), que está inicialmente à temperatura de 25 oC, adicionando gelo a -20 oC.
Qual a quantidade de gelo que ela deve usar para que a temperatura final seja igual a 0 oC,
sabendo que todo gelo se funde e que o calor espećıfico do recipiente pode ser desprezado ?
12) Uma panela de cobre com massa igual a 2 kg (incluindo a tampa) está à temperatura de
150 oC. Voce despeja 0,10 kg de água, que está a 25 oC, no interior dessa panela e em seguida
fecha rapidamente a tampa de modo que não ocorra nenhuma perda de vapor. Calcule a
temperatura final da panela e do seu conteúdo, e determine a fase (ĺıquida ou gasosa) da
água. Suponha que não haja nunhuma perda de calor para o ambiente.
13) Considere um fogareiro a gasolina que é usado em acampamentos. Temos que, 30% da
energia liberada na queima do combust́ıvel é usada para aquecer a água na panela. Para
aquecermos 1 L (= 1 kg) de água desde 20 oC até 100 oC e fazer a vaporização de 0,25 kg,
qual é a quantidade de gasolina que precisaremos queimar se 1g de gasolina libera 4, 6×104J?
RESPOSTAS
Resp. (1): a) -40o, b) -574,59 o, c) nunca coincidem pois são escalas deslocadas entre si
Resp. (2): a) 1, 013 × 105, b) 760, c) 1
Resp. (3): a) 67,92 oC
Resp. (4): 443,95 mmHg
Resp. (5): a) 373,73 K
Resp. (6): a) 0,0674 mmHg, b) Pfervura(N2) > Pfervura(H2)
Resp. (7): 0,962 atm
Resp. (8): 6,05 mm
Resp. (9): a) 9573,3 galões, b) qual é a sua resposta ?
Resp. (10): tf = 66, 004
oC (OBS. solução pode ser encontrada no Sears, Ex. 17.8, p. 197)
Resp. (11): 69,6 g (OBS. solução pode ser encontrada no Sears, Ex. 17.9, p. 197)
Resp. (12): tf = 100
oC (OBS. solução pode ser encontrada no Sears, Ex. 17.10, p. 197)
Resp. (13): 65 g (OBS. solução pode ser encontrada no Sears, Ex. 17.11, p. 198)