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Professor: Gilney Queiroz Curso: ____________________________________

Nome:_________________________________________________________Data: ___/___/___

01. Uma barra de secção transversal constante de 1 cm² de área tem 15 cm de comprimento, dosquais 5 cm de alumínio e 10 cm de cobre. A extremidade de alumínio está em contato com umreservatório térmico a 100°C, e a de cobre com outro, a 0°C. A condutividade térmica do alumínioé 0,48 cal/s.cm.°C e a do cobre é 0,92 cal/s.cm.°C.a) Qual é a temperatura da barra na junção entre o alumínio e o cobre?b) Se o reservatório térmico a 0°C é uma mistura de água com gelo fundente, qual é a massa degelo que se derrete por hora? O calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g.02. Uma barra metálica retilínea de secção homogênea é formada de três segmentos de

materiais diferentes, de comprimentos L1, L2  e L3, e condutividades térmicas k1, k2  e k3,respectivamente. Qual é a condutividade térmica k da barra como um todo (ou seja, de uma barraequivalente de um único material e comprimento L1 + L2 + L3)?03. Uma chaleira de alumínio contendo água em ebulição, a 100°C, está sobre uma chama. Oraio do fundo da chaleira é de 7,5 cm e sua espessura é de 2 mm. a condutividade térmica doalumínio é 0,49 cal/s.cm.°C. A chaleira vaporiza 1 l de água em 5 min. O calor de vaporização daágua a 100°C é de 540 cal/g. A que temperatura está o fundo da chaleira? Despreze as perdaspelas superfícies laterais.04. Num país frio, a temperatura sobre a superfície de um lago caiu a110°C e começa a formar-seuma camada de gelo sobre o lago. A água sob o gelo permanece a 0°C: o gelo flutua sobre ela ea camada de espessura crescente em formação serve como isolante térmico, levando ao

crescimento gradual de novas camadas de cima para baixo.a) Exprima a espessura l da camada de gelo formada, decorrido um tempo t do início do processo

de congelamento, como função da condutividade térmica k do gelo, da sua densidade ρ e calor

latente de fusão L, bem como da diferença de temperatura ΔT entre a água e a atmosfera acima

do lago. Sugestão: Considere a agregação de uma camada de espessura dx à camada jáexistente, de espessura x, e integre em relação a x.b) No exemplo acima, calcule a espessura da camada de gelo 1 h após iniciar-se o

congelamento, sabendo que k = 4 x 10-3 cal/s.cm.°C,ρ = 0,92 g/cm³ e L = 80 cal/g.

05. Para se manter acordado em seus estudos durante uma noite inteira, um estudante faz umaxícara de café colocando inicialmente um aquecedor elétrico de 200 W em 320 g de água.

(a) Qual é o calor transferido para a água para elevar sua temperatura de 20,0°C até 80,0°C?(b) Quanto tempo é necessário? Suponha que toda a potência do aquecedor seja transformadaem calor para aquecer a água.06. Uma das extremidades de uma barra metálica isolada é mantida a 0°C por uma mistura de

gelo e água. A barra possui 60,0 cm de comprimento e uma seção reta com área igual a 1,25cm2. O calor conduzido pela barra produz a fusão de 8,50 g de gelo em 10,0 minutos, elevandoem 1°C a temperatura da barra. Ache a condutividade térmica k do metal.07. Um gás sob pressão constante de 1,05x105  Pa e com volume inicial igual a 0,0900 m3 éresfriado até que seu volume fique igual a a0,0600 m3. (a) Desenhe um diagrama pV para esteprocesso. (b) Calcule o trabalho realizado pelo gás.08. Um gás no interior de um cilindro se expande de um volume igual a 0,110 m3 até um volume

igual a 0,320 m3. O calor flui para dentro do sistema com uma taxa suficiente para manter apressão constante e igual a 1,80x105 Pa durante a expansão. O calor total fornecido ao sistema éigual a 1,15x105J. (a) Calcule o trabalho realizado pelo gás. (b) Ache a variação da energiainterna do gás. (c) O resultado depende ou não do gás se ideal? Justifique sua resposta.

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09. Uma lamparina de rendimento de 40% consome 3,0 g/min de álcool. O tempo necessário paraaquecer 1,5 litro de água de 10ºC até o ponto de ebulição (100ºC) é: O calor de combustão doálcool é 29,4 MJ/kg.a) 23 min b) 35 min c) 55 min d) 16 min10. A Fig. 18-25 mostra dois ciclos fechados nodiagrama p-V de um gás. As três partes do ciclo1 têm o mesmo comprimento e forma que as dociclo 2. Cada ciclo deve ser percorrido nosentido horário ou anti-horário (a) para que otrabalho líquido W realizado pelo gás sejapositivo pelo gás se positivo e (b) para que aenergia líquida transferida pelo gás sob a formade calor Q seja positiva?

Fig. 18-25

11. Um pequeno aquecedor elétrico de imersão é usado para esquentar 100 g de água, com oobjetivo de preparar uma xícara de café solúvel. Trata-se de um aquecedor de “200 watts”(esta é

a taxa de conversão de energia elétrica em energia térmica).Calcule o tempo necessário paraaquecer a água de 23,0°C para 100°C, desprezando as perdas de calor.12. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostradono diagrama p-V da Fig. 18-37. A escala do eixo horizontal édefinido por VS = 4,0 m3. Calcule a energia líquida adicionada aosistema em forma de calor durante um ciclo completo.

Fig. 18-3713. Um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema, e uma quantidade de calor de 70,0 cal éremovida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) (a) de W, (b) de Q e (c) de ΔEint?

14. Na Fig. 18-38 uma amostra de gás se expande de V0 para 4,0V0 enquanto a pressão diminui de p0 para p0/4. Se V0 = 1,0 m3 e p0 =40 Pa, qual é o trabalho realizado pelo gás se a pressão varia com ovolume de acordo (a) com a trajetória A, (b) com a trajetória B e (c)com a trajetória C? 

Fig. 18-38

15. Um sistema termodinâmico passa do estado A para o estado B, do estado B para o estado C

e de volta para o estado A, como mostra o diagrama p-V da Fig. 18-39a. A escala do eixo vertical

é definida por ps  = 40 Pa, e a escala do eixo horizontal é definida por Vs  = 4,0 m3. (a)  –  (g)

Complete a tabela da Fig. 18-39b introduzindo um sinal positivo, um sinal negativo ou zero nascélulas indicadas. (h) Qual é o trabalho líquido realizado pelo sistema em um ciclo ABCA? 

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Fig. 18-39

16.  A Fig. 18-49 mostra um ciclo fechado de um gás ( a figura

não foi desenhada em escala). A variação da energia interna do

gás ao passar de a para c ao longo da trajetória abc é -200 J.

Quando o gás passa de c para d recebe 180 J na forma de

calor. Mais 80 J são recebidos quando o gás passa de d para a.

Qual é o trabalho realizado sobre o gás quando passa de c para

d? 

Fig. 18-49

17. Quando um sistema passa do estado i para o estado f

seguindo a trajetória iaf da Fig. 18-42, Q = 50 cal e W = 20

cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36 cal. (a) Quanto vale Wao longo da trajetória ibf? (b) Se W = -13 cal na trajetória de

retorno fi, quanto vale Q nesta trajetória? (c) Se E int,b = 10 cal,

qual é o valor de Eint,f ? Se Eint,b = 22 cal, qual é o valor de Q

(d) na trajetória ib e (e) na trajetória bf?

Fig. 18-42

18.  A Fig. 18-47 mostra uma parede feita de quatro camadas de condutividades térmicas k1 

=0,060 w/m.K, k3  =0,040 w/m.K e k4  =0,12 w/m.K (k2  não é conhecida). As espessura dascamadas são L1 = 1,5 cm, L3 = 2,8 cm, e L4 = 3,5 cm ( L2 não é conhecida). As temperaturasconhecidas são T1 = 30°C, T12 = 25°C e T4 = -10°C. A transferência de energia está no regimeestacionário. Qual é o valor da temperatura de T34?

Fig. 18-47

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19. Uma amostra de gás sofre uma transição de um estado inicial a para um estado final b portrês diferentes caminhos (processos), como mostrado no diagrama pxV na Fig. 18-53, onde Vb =5,00Vi. O calor adicionado ao processo 1 é 10piVi. Em termos de piVi, quais são (a) o caloradicionado ao processo 2 e (b) a mudança na energia interna que o gás sofre no processo 3?

Fig. 18-53 

20. Um mol de um gás ideal descreve o ciclo ABCDA representado na fig., no plano (P, V), ondeT = T1 e T = T2 são isotermas. Calcule o trabalho total associado ao ciclo, em função de P0, T1 eT2.