Uma amostra de 0,4 kg de uma substância é colocada em um sistema de resfriamento que remove calor a uma taxa constante. O gráfico mostra a temperatura T da amostra em função do tempo t; a escala do eixo horizontal é definida por ts = 80,0 min. A amostra congela durante o processo. O calor específico da substância no estado líquido inicial é 3000 J/kg K. a) Qual a temperatura da fusão da substância? b) Qual o calor latente de fusão da substância? c) Qual o calor específico da substância na fase sólida?
Soluções para a tarefa
Prof: Daniele Gomes 1) A 20 °C, uma barra tem exatamente 20,05 cm de comprimento, de acordo com uma régua de aço. Quando a barra e a régua são colocadas em um forno a 270 °C, a barra passa a medir 20,11 cm de acordo com a mesma régua. Qual é o coeficiente de expansão linear do material de que é feita a barra? Resposta: \u3b1 = (23\ud835\udc6510\u22126)/(°\ud835\udc36) 2) Um tacho de cobre de 150 g contém 220 g de água, e ambos estão a 20,0 °C. Um cilindro de cobre de 300g, muito quente, é jogado na água, fazendo a água ferver e transformando 5,0 g da água em vapor. A temperatura final do sistema é de 100 °C. Despreze a transferência de energia para o ambiente. (a) Qual é a energia (em calorias) transferida à água em forma de calor? (b) Qual é a energia transferida para o tacho? (c) Qual é a temperatura inicial do cilindro? Resposta: a) Q = 20,3 kcal, b) Qb = 1,11 kcal , c) Ti = 873 °C. 3) Uma amostra de 0,40 kg é colocada em um sistema de resfriamento que remove calor a uma taxa constante. A Fig. 1 indica a temperatura T da amostra em função do tempo t, a escala do eixo horizontal é definida por \ud835\udc61\ud835\udc60 = 80,0 \ud835\udc5a\ud835\udc56\ud835\udc5b. A amostra congela durante o processo. O calor específico da amostra no estado liquido inicial é 3000 J/(kg*K). Determine (a) o calor de fusão da amostra e (b) o calor específico na fase sólida. Resposta: a) L = 68 kJ/kg e b) c = 2,3 kJ/(kg*°C) Fig. 1: Gráfico da questão 4. 4) Um gás em uma câmara passa pelo ciclo mostrado na Fig. 2. Determine a energia transferida pelo sistema na forma de calor durante o processo CA se a energia adicionada como calor QAB durante o processo AB é 20,0 J, nenhuma energia é transferida como calor durante o processo BC e o trabalho liquido realizado durante o ciclo é 15,0 J. Resposta: QCA= -5,0 J. Fig. 2: Gráfico PV. 5) Um cilindro maciço de raio r1 = 2,5 cm, comprimento h1 = emissividade 0,85 e temperatura 30 °C está suspenso em um ambiente de temperatura 50 °C. (a) Qual é a taxa liquida P1 de transferência de radiação térmica do cilindro? (b) Se o cilindro é esticado até que seu raio seja r2 = 0,50 cm, sua taxa liquida de transferência de radiação térmica passa a ser P2. Qual é a razão P2/P1? Resposta: a) P1 = 1,4 W e (P2/P1) = 3,3. 6) Um projeto de um pêndulo para que o comprimento l não seja alterado com a dilatação térmica é mostrado na Fig. 3. As três barras verticais na figura, de mesmo comprimento l1, são de aço, cujo coeficiente de dilatação linear é 1,1 \u2217 10\u22125/(°\ud835\udc36). As duas barras verticais escuras na figura, de mesmo comprimento l2, são de alumínio, cujo coeficiente de dilatação linear é 2,3 \u2217 10\u22125/(°\ud835\udc36). Determine l1 e l2 de forma a manter l = 0,5 m. Resposta: l1 = 47,9 cm e l2 = 45,8 cm. Fig. 3: Ilustração do problema acima. 7) Suponha que 0,825 mol de um gás ideal sofre uma expansão isotérmica quando uma energia Q é acrescentada ao gás na forma de calor. Se a Fig. 4 mostra o volume final Vf em função de Q, qual é a temperatura do gás? A escala do eixo vertical é definida por Vf = 0,30 m³ e a escala do eixo horizontal é definida por QS = 1200 J. Resposta: T = 360 K Fig. 4: Gráfico da função de aumento do volume em função do calor. 8) A grandeza pressão manométrica é a diferença entre a pressão real e a pressão atmosférica. O ar que inicialmente ocupa 0,140 m³ à pressão manométrica de 103,0 kPa se expande isotermicamente para uma pressão de 101,3 kPa e em seguida é resfriado a pressão constante até atingir o volume inicial. Calcule o trabalho realizado pelo ar. Resposta: W = 5,6 \u2217 103 \ud835\udc3d 9) Um gás ideal diatômico, com rotação, mas sem oscilações, sofre uma compressão adiabática. A pressão e o volume iniciais são 1,12 atm e 0,20 m³. A pressão final é 2,40 atm. Qual é o trabalho realizado pelo gás? Resposta: \ud835\udc4a = \u22121,33 \u2217 104 \ud835\