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Lista temperatura/dilatação, Exercícios de Física

Centro Universitário SENAI CIMATEC (SENAI CIMATEC)Física

F´ISICA BASICA ´ Disciplina: F´ısica 2 - Oscila¸c˜oes, Ondas, Fluidos e Termodinˆamica Professor: Dian Soares 5 a Lista de Exerc´ıcios - Termodinˆamica

Tipologia: Exercícios

2024

Compartilhado em 29/05/2024

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F´
ISICA B ´
ASICA
Disciplina: F´ısica 2 - Oscila¸c˜oes, Ondas, Fluidos e Termodinˆamica
Professor: Dian Soares
5aLista de Exerc´ıcios - Termodinˆamica
Temperatura
1. Em um termˆometro de merc´urio, a grandeza termom´etrica ´e a altura da coluna. Esta
assumiu os valores de 5,0 cm para o ponto do gelo e 25 cm para o ponto do vapor.
(a) Escreva a equa¸c˜ao termom´etrica desse termˆometro; (b) a que altura corresponde a
temperatura de 45oF? (c) a que temperatura Celsius corresponde `a altura de 12 cm?
(a) T= (5h−25); (b) 58/9 cm; (c) 35 oC
2. A Figura 1 relaciona a altura Hda coluna do merc´urio no capilar de um termˆometro,
em fun¸c˜ao da temperatura. (a) Determine a equa¸c˜ao termom´etrica; (b) Qual ´e a
altura correspondente ao ponto do gelo? E ao do vapor? (c) Qual ´e a temperatura
correspondente a 20 cm de altura da coluna do merc´urio? (a) verificar; (b) 10 cm e
130/3 cm; (c) 30 oC
Figura 1: Gr´afico H×T
3. A que temperatura os seguintes pares de escala possuem a mesma leitura, se isto acon-
tecer: (a) Fahrenheit e Celsius; (b) Fahrenheit e Kelvin e (c) Celsius e Kelvin. (a)
−40o; (b) 574,61; (c) Justifique
4. Suponha que em uma escala linear de temperatura X, a ´agua ferva a -53,5 oX e se
congele a -170 oX. Qual a temperatura de 340 K na escala X? −91,945 oX
5. Um mau fabricante de termˆometros construiu um termˆometro que apresentava os se-
guintes erros: no ponto do gelo indicava 4 oC; no ponto do vapor de ´agua indicava 96
oC. Determine: (a) uma equa¸c˜ao de corre¸c˜ao para esse termˆometro; (b) a temperatura
em que ele indica o valor correto. (a) T0= (25/23)T−100/23; (b) 50 oC
6. Um aparelho eletrˆonico mal desenhado tem dois parafusos presos a partes diferentes que
quase se tocam em seu interior, conforme a Figura Figura 2. Os parafusos e a¸co e lat˜ao
possuem potenciais el´etricos diferentes e, caso se toquem, haver´a um curto-circuito,
danificando o aparelho. O intervalo inicial entre as pontas dos parafusos ´e 5,0 µm a
27 oC. A que temperatura os parafusos se tocar˜ao? Suponha que a distˆancia entre as
paredes do aparelho n˜ao seja afetada pela mudan¸ca na temperatura. Resposta: 34 oC
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F´ISICA B ´ASICA

Disciplina: F´ısica 2 - Oscila¸c˜oes, Ondas, Fluidos e Termodinˆamica Professor: Dian Soares

5 a^ Lista de Exerc´ıcios - Termodinˆamica

Temperatura

  1. Em um termˆometro de merc´urio, a grandeza termom´etrica ´e a altura da coluna. Esta assumiu os valores de 5,0 cm para o ponto do gelo e 25 cm para o ponto do vapor. (a) Escreva a equa¸c˜ao termom´etrica desse termˆometro; (b) a que altura corresponde a temperatura de 45o^ F? (c) a que temperatura Celsius corresponde `a altura de 12 cm? (a) T = (5h − 25); (b) 58/9 cm; (c) 35 oC
  2. A Figura 1 relaciona a altura H da coluna do merc´urio no capilar de um termˆometro, em fun¸c˜ao da temperatura. (a) Determine a equa¸c˜ao termom´etrica; (b) Qual ´e a altura correspondente ao ponto do gelo? E ao do vapor? (c) Qual ´e a temperatura correspondente a 20 cm de altura da coluna do merc´urio? (a) verificar; (b) 10 cm e 130/3 cm; (c) 30 oC

Figura 1: Gr´afico H × T

  1. A que temperatura os seguintes pares de escala possuem a mesma leitura, se isto acon- tecer: (a) Fahrenheit e Celsius; (b) Fahrenheit e Kelvin e (c) Celsius e Kelvin. (a) − 40 o; (b) 574,61; (c) Justifique
  2. Suponha que em uma escala linear de temperatura X, a ´agua ferva a -53,5 oX e se congele a -170 oX. Qual a temperatura de 340 K na escala X? − 91 , 945 oX
  3. Um mau fabricante de termˆometros construiu um termˆometro que apresentava os se- guintes erros: no ponto do gelo indicava 4 oC; no ponto do vapor de ´agua indicava 96 oC. Determine: (a) uma equa¸c˜ao de corre¸c˜ao para esse termˆometro; (b) a temperatura em que ele indica o valor correto. (a) T ′ = (25/23)T − 100 /23; (b) 50 oC
  4. Um aparelho eletrˆonico mal desenhado tem dois parafusos presos a partes diferentes que quase se tocam em seu interior, conforme a Figura Figura 2. Os parafusos e a¸co e lat˜ao possuem potenciais el´etricos diferentes e, caso se toquem, haver´a um curto-circuito, danificando o aparelho. O intervalo inicial entre as pontas dos parafusos ´e 5,0 μm a 27 oC. A que temperatura os parafusos se tocar˜ao? Suponha que a distˆancia entre as paredes do aparelho n˜ao seja afetada pela mudan¸ca na temperatura. Resposta: 34 oC

Figura 2: Dilata¸c˜ao linear em materiais distintos.

  1. Como resultado de uma eleva¸c˜ao de temperatura de 32 oC, uma barra com uma fissura no seu centro empena para cima, conforme a Figura 3. Se o comprimento fixo L 0 for 3,77 m e o coeficiente de dilata¸c˜ao linear da barra for 25× 10 −^6 /oC, determine a eleva¸c˜ao y no centro da barra. 0,0754 m

Figura 3: Dilata¸c˜ao t´ermica em uma barra.

  1. Duas barras, uma de cobre e outra de alum´ınio, apresentam a 0 oC mesmo comprimento. Quando aquecidas a 100 oC, seus comprimentos diferem de 2,0 mm. Determine os comprimentos das barras a 0 oC. Dados: αcu = 1, 8 × 10 −^5 /oC; αal = 2, 2 × 10 −^5 /oC. 5 m
  2. Uma barra de estanho tem a forma de um prisma reto de base 4 cm^2 e comprimento 1 m `a temperatura de 68 oF. Qual ser´a o comprimento e o volume a temperatura de 518 oF? Considere o coeficiente de dilata¸c˜ao linear do estanho α = 20 × 10 − (^6) /oC. 1,015 m; 406 cm^2
  3. Um cristal anis´otropo tem, nas dire¸c˜oes dos eixos x, y e z, ortogonais, os coeficientes de dilata¸c˜ao linear αx = 1, 3 × 10 −^5 /oC, αy = 2, 4 × 10 −^5 /oC e αz = 3, 1 × 10 −^5 /oC, respectivamente. Determine: (a) o coeficiente de dilata¸c˜ao c´ubica do cristal; (b) o coeficiente de dilata¸c˜ao superficial no plano xy. (a) 6, 8 × 10 −^5 /oC; (b) 3, 7 × 10 −^5 /oC
  4. Determine o coeficiente de dilata¸c˜ao linear de um metal, sabendo que sua densidade mede 2,5 g/cm^3 a 280 oC e 2,55 g/cm^3 a 20 oC. 2, 6 × 10 −^5 /oC
  5. Quais as intensidades das for¸cas que se devem aplicar aos extremos de uma barra de a¸co, cuja se¸c˜ao transversal tem ´area A = 10 cm^2 , para impedir que se dilate quando ´e aquecida de 0 oC a 30 oC? Considere o m´odulo de elasticidade do a¸co E = 2, 2 × 107
  1. Um g´as ideal ´e conduzido por um processo quase est´atico descrito por P = αV 2 , com α = 5, 00 atm/m^6 , como mostrado na Figura 4. O g´as ´e expandido para o dobro do seu volume original de 1,00 m^3. Quanto de trabalho ´e realizado sobre o g´as em expans˜ao neste processo? − 1 , 18 MJ

Figura 4: Expans˜ao de um g´as ideal.

  1. Um sistema termodinˆamico passa por um processo no qual sua energia interna diminui por 500 J. Durante o mesmo intervalo de tempo, 220 J de trabalho ´e realizado sobre o sistema. Encontre a energia transferida dele pelo calor. 720 J
  2. Uma amostra de um g´as ideal passa pelo processo mostrado na Figura 5. De A para B, o processo ´e adiab´atico; de B para C, ´e isob´arico com 100 kJ de energia entrando no sistema por calor; de C para D, o processo ´e isot´ermico; e de D para A, ´e isob´arico com 150 kJ de energia saindo do sistema pelo calor. Determine a diferen¸ca de energia interna entre os estados B e A. 42,9 kJ

Figura 5: G´as ideal submetido a um ciclo de processos.

  1. A press˜` ao atmosf´erica, a vaporiza¸c˜ao completa de 1 litro de ´agua a 100 ºC gera 1, m^3 de vapor de ´agua. O calor latente de vaporiza¸c˜ao da ´agua a esta temperatura ´e 539,6 cal/g. (a) Quanto de trabalho ´e realizado pela expans˜ao do vapor no processo de vaporiza¸c˜ao de 1 litro de ´agua? (b) Qual ´e a varia¸c˜ao da energia interna do sistema nesse processo? (a) 1, 69 × 105 J; (b) 2, 09 × 106 J