1) Em um experimento, 200 g de alumínio (com calor específico de 900 J/kg.K) a 100ºC são misturados com 50 g de água a 20ºC, com a mistura isolada termicamente. (a) Qual é a temperatura de equilíbrio? Quais as variações de entropia (b) do alumínio, (c) da água e (d) do sistema alumínio-água?

2) Um cubo de gelo com 8 g a -10ºC é colocado em uma garrafa contendo 100 cm3 de água a 20ºC. De quanto terá variado a entropia do sistema cubo-água quando o equilíbrio for alcançado? O calor específico do gelo é 2200 J/kg.K.

3) Uma garrafa térmica isolada contém 130 g de água a 80ºC. Você coloca dentro um cubo de gelo de 12 g a 0ºC para formar o sistema gelo + água original. (a) Qual é a temperatura de equilíbrio do sistema? Quais as variações de entropia da água que estava originalmente no cubo de gelo (b) quando ele derrete e (c) quando ela aquece até a temperatura de equilíbrio? (d) Qual é a variação de entropia da água original quando ela esfria até a temperatura de equilíbrio? (e) Qual é a variação líquida de entropia do sistema gelo + água original quando ele atinge a temperatura de equilíbrio?

4) A fig. 1 mostra a seção transversal de uma parede feita de três camadas. As espessuras das camadas são L1, L2 = 0,7 L1 e L3 = 0,35 L1. As condutividades térmicas são k1, k2 = 0,9 k1 e k3 = 0,8 k1. As temperaturas nos lados esquerdo e direito da parede são 30º C e – 15ºC, respectivamente. Qual é a diferença de temperatura ΔT2 através da camada 2 ( entre os lados esquerdo e direito da camada)?

figura 1

5) A fig. 2 mostra (em seção transversal) uma parede composta de quatro camadas, com condutividades térmicas k1 = 0,06 W/m.K, k3 = 0,04 W/m.K e k4 = 0,12 W/m.K ( k2 não é conhecido). As espessuras das camadas são L1 = 1,5 cm, L3 = 2,8 cm e L4 = 3,5 cm ( L2 não é conhecido). A transferência de energia através da parede é estacionária. Qual é a temperatura da interface entre as camadas 3 e 4?

figura 2

6) Considere a placa mostrada na figura 3. Suponha que L = 25 cm, A = 90 cm2 e que o material é cobre, com k = 401 W/m.K. Se T2 = 125 ºC e T1 = 10º C e um estado estacionário é atingido, encontre a taxa de condução térmica através da placa.

Disciplina: Física Geral e Experimental II Professora: Rejane Cristina Dorn Lista de exercícios – Entropia e Transferência de Calor

figura 3

7) Um grande tanque de água cilíndrico com diâmetro da base de 1,7 m é feito de ferro com espessura de 5,2 mm. A água no tanque é aquecida a partir do fundo por um aquecedor capaz de manter uma diferença de temperatura de 2,3º C entre as superfícies de cima e de baixo da placa de ferro do fundo do tanque. Que energia é transmitida através desta placa em 5 min? A emissividade do material é 0,85.

8) Um cilindro sólido de raio r1 = 2,5 cm, comprimento h1 = 5 cm, emissividade 0,85 e temperatura 30ºC está suspenso em um ambiente de temperatura de 50º C. (a) Qual é a taxa líquida P1 de transferência térmica do cilindro? (b) Se o cilindro for esticado até que seu raio seja r2 = 0,5 cm, sua taxa líquida de transferência de radiação térmica torna-se P2. Qual é a razão P2/P1?

Respostas

(1) (a) 57ºC; (b) -22 J/K; (c) 24,9 J/K; (d) 2,9 J/K. (2) 0,58 J/K. (3) (a) 66,6º C; (b) 14,5 J/K; (c) 11 J/K; (d) -21,1 J/K. (4) 16 ºC. (5) -4,2 ºC. (6) (a) 1,66 x 103 W; (7) 2 x 107 J. (8) (a) 1,5 W; (b) 3,3.