Gabarito AP2-ICF2-2014-2Sem FINAL

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Introdução às Ciências Físicas 2 
2o Semestre de 2014 AP2 de ICF2 
 
AP2-2osem-2014 FINAL 
 
1
AVALIAÇÃO 
PRESENCIAL2 
 
ICF2 
 
 
 
 
 
Nome:____________________________________________________ 
 
Polo: ____________________________________________________ 
 
 
Atenção: 
 Você está recebendo a AP2 de ICF2 com 4 Questões 
 As respostas só serão aceitas no CADERNO DE RESPOSTAS 
 Respostas sem justificativas ou sem apresentação dos cálculos não 
serão aceitas. 
 Provas respondidas a lápis não serão enviadas para a revisão 
 
 
QUESTÃO 1 (2,5 PONTOS) 
 
Descreva como foi determinada a escala de temperatura absoluta. 
 
A escala de temperatura absoluta foi determinada a partir da observação experimental feita em um 
termômetro a gás de volume constante, no qual a pressão de um gás era diminuída e anotada a sua 
temperatura. Foi observado que independente do gás utilizado, a extrapolação do resultado para P=0 
sempre resultava no valor de -273,1
o
C. (página 113, módulo 2). 
 
 
QUESTÃO 2(2,5 PONTOS) 
 
Um aluno de ICF2 foi aos EUA e lá comprou um termômetro digital na farmácia. Ao chegar ao 
Brasil, um de seus familiares apresentava-se com febre e este aluno teve a ideia de emprestar seu 
novo termômetro para que o parente pudesse saber a sua temperatura corporal. Com o termômetro 
digital, o parente iniciou o procedimento de medição da temperatura e após o aviso sonoro do 
termômetro, que indicava o fim da medida da temperatura, foi feita a leitura que indicou o valor de 
104
o
F. Ao ver o número 104 no display do termômetro, o parente acusou o aluno de ICF2 de lhe 
emprestar um termômetro com defeito, pois seria impossível ele estar nessa temperatura. 
A partir destas informações, responda: 
 
a) Considerando o parente e o termômetro um sistema isolado, qual lei da termodinâmica é 
considerada no processo citado para a medição de temperatura ? Enuncie a Lei. 
 Questão Nota Rubrica 
AP2 
1a 
2a 
3a 
4a 
5a 
 Total 
 
 
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2
Lei zero da termodinâmica. Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com um corpo C, 
então eles estão em equilíbrio térmico entre si. (página 87, módulo 2) 
 
b) Sabendo que a faixa de temperatura do corpo humano considerada normal é entre 36
 o
C e 
37,4
o
C, o termômetro indica que o parente encontra-se em estado febril ? Prove a sua 
resposta. 
 A relação entre a temperatura na escala Celsius e Fahrenheit e dada por 
 �� =
�(�����)
�
,(página 106, módulo 2), assim, a temperatura de 104
o
F corresponde a 40
o
C, 
indicando que o parente está em estado febril. 
 
 
 
 
 
 
QUESTÃO 3 (4 PONTOS) 
 
Gás hélio a 312 K está contido em um cilindro com um pistão móvel. O gás está inicialmente a 2 
atmosferas de pressão e ocupa um volume de 48,8 L. Após um intervalo de tempo, o gás se 
expande isotermicamente até o volume de 106 L. Depois, o gás é comprimido isobaricamente de 
volta para o volume original de 48.8L. Em seguida, através de um processo isocórico retorna à 
sua pressão original. Assumindo que o gás hélio se comporta como um gás ideal: 
 
(a) Calcule o número de moles de hélio gás no sistema. 
�� = ��� 
� =
2 ∙ 10� ∙ 48,8 ∙ 10��
8,31 ∙ 312
= 3,8 ����� 
 
 
 
(b) Determine a pressão após a expansão isotérmica. 
���� = ���� 
�� =
����
��
=
2 ∙ 10� ∙ 48,8 ∙ 10��
106 ∙ 10��
= 9,2 ∙ 10�
�
��
= 0,92 ��� 
 
(c) Desenhe um diagrama (PV) da termodinâmica do ciclo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V (L) 
0,92 
2 
P( atm) 
48,8 106 
 
 
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(d) Supondo que a parte isotérmica do ciclo é uma diagonal em vez de uma linha curva, estime o 
trabalho feito durante a expansão isotérmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Neste caso o trabalho é numericamente igual a área do trapézio formado. 
� =
(106 − 48,8) ∙ 10��(2 + 0,92) ∙ 10�
2
= 8351,2 � 
 
 
 
 
(e) Determine o trabalho realizado durante a compressão isobárica. 
 
� = � ∙ ∆� = 0,92 ∙ 10� ∙ (−57,2) ∙ 10�� = −5262,4� 
 
(f) Determine o trabalho realizado durante a parte isocórica do ciclo. 
� = � ∙ ∆� = 0 
(g) Calcule trabalho realizado pelo gás. 
Trabalho total realizado pelo gás no ciclo é a soma dos trabalhos calculados nos itens d, e e 
f, logo 3088.8J 
(h) Calcule a temperatura final do gás hélio. 
Se o sistema trabalha em ciclo, então a temperatura final é de 312K 
 
QUESTÃO 4 (1 PONTO) 
 
A condutividade térmica média das paredes de uma casa (incluindo janelas, portas e o telhado) é 
de 0,480 �/� ∙ ℃, para uma espessura de 21 cm. A casa, no inverno, é aquecida pela combustão 
de gás natural que é capaz de produzir 9300 ����/��. A figura abaixo representa um desenho da 
casa. Sabendo que o telhado tem 100 �� e desconsiderando a perda de calor para o chão e 
também que a casa absorve/emite emite radiação térmica, calcule quantos metros cúbicos de gás 
natural devem ser queimados por dia para manter o interior da casa a uma temperatura de 25℃ 
se do lado de fora a temperatura é de 0℃ ? 
A área total da casa é: 
 
 
 
 
V (L) 106 48,8 
0,92 
2 
P( atm) 
 
 
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4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� = 2 ∙ (8 ∙ 5) + 2 ∙
8 ∙ 4 ��� 37
2
+ 2 ∙ 10 ∙ 5 + 100 ~ 80 + 24.11 + 100 + 100 = 304.1 �� 
 
 
� =
��
�
∆� 
 
� = 0,480 ∙ 392 ∙
25
0,21
= 17377 � = 17.4 ��/� 
 
Como 1 cal=4,18 J, então 9300 kcal=38874 kJ/m
3
 
 
1 dia = 24 h = 1440 min =86400 s 
 
Então em um dia a casa necessita de: 
 
 � =
��.�∙�����
����� ��/��
~38.7 �� 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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_______________________________________________________________________ 
 
Formulário 
 
Calor específico do vidro = 837
�
�� ℃
 
Constante Universal dos gases perfeitos = 8,31
�
���∙�
 
Equação dos gases ideais : �� = ��� 
Condução Térmica: (∆�/∆�) = ��∆�/� 
Calor específico: � =
�
�∆�
 
Calor latente: � = �/� 
tan 37
o
=0,754 
cos 37
o
=0,799 
sen 37
 o
=0,602