ed 01 - física termodinâmica
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7/22/2019 ED 01 - Fsica Termodinmica
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ETEP FACULDADES
ESTUDO DIRIGIDO FSICA TERMODINMICA
Alefe Albert da S. Santos RA: 122625
PROFESSOR: Luiz Maurcio
TURMA: 6ENC
So Jos dos Campos
Maio de 2013
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ESTUDO DIRIGIDO FSICA TERMODINMICA
Descrio da Atividade
Individualmente ou em dupla vocs devero resolver os Exerccios Propostos das
Listas 1 e 2. A resoluo poder ser digitada ou feita manualmente (em seguida
copiada eletronicamente). Esta atividade dever ser enviada na forma de arquivo
eletrnico no Portflio (rea onde cada aluno possui uma pasta para adicionar
suas atividades e receber o feedback do professor ).
Estudo Dirigido 1:
Lista 1 3E, 18P; 22P e 23P;
Lista 2 35E e 45P.
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NDICE
Lista 01
Exerccio 3E ................................................................................................................... 5
Lista 01 Exerccio 18P ................................................................................................................. 7
Lista 01 Exerccio 22P ................................................................................................................. 8
Lista 01 Exerccio 23P ................................................................................................................. 9
Lista 02 Exerccio 35E ............................................................................................................... 11
Lista 02 Exerccio 45P ............................................................................................................... 12
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Bulbos em banho-maria ................................................................................................ 5
Figura 2 - Relgio de pndulo feito de lato ................................................................................. 9
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Lista 01 Exerccio 3E
Um certo termmetro gs construdo com dois bulbos contendo gs, cada
um dos quais colocado em banho-maria, como mostrado na figura 1. Adiferena de presso entre os dois bulbos medida por manmetro de
mercrio como mostrado. Reservatrios apropriados no mostrados no
diagrama mantm o volume de gs constante nos dois bulbos. No h
nenhuma diferena de presso quando as duas cubas esto no ponto trplice
da gua. A diferena de presso de 120 torr quando uma das cubas est no
ponto trplice e a outra est no ponto de ebulio da gua. Ela vale 90.0 torr
quando uma das cubas est no ponto trplice e a outra est a uma temperatura
desconhecida a ser medida. Qual a temperatura desconhecida?
Figura 1 - Bulbos em banho-maria
Usa-se a equao: [1]Nomeia-se os valores de a temperatura e a presso, sendo estes dobulbo direito. E fazendo o mesmo para o esquerdo. Onde temperatura e presso. De acordo com o problema a presso a mesma nos dois
termmetros quando eles esto no ponto trplice da gua. Sendo esta a
presso .Substituindo os nomes na equao [1], temos:
Subtraindo a segunda equao com a primeira, obtemos:
Substitumos os valores de ebulio e o ponto trplice da gua. E sabemos que . Resolvendo:
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Agora, substitumos a Temperatura , ponto trplice da gua e para sendo a temperatura desconhecida. A diferena de presso de . Resolvendo a equao:
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Lista 01 Exerccio 18P
A 20 C. uma haste mede exatamente 20.05 cm de comprimento medido em
uma rgua de ao. Tanto a haste quanto a rgua so colocadas em um forno a270 C, onde a haste passa a medir 20.11 cm na mesma rgua. Qual o
coeficiente de expanso trmica para o material do qual feita a haste?
A mudana entre o comprimento da rgua no instante e o instante de:
Logo a mudana de comprimento da haste de:
Isolando o coeficiente de expanso linear da expresso, obtemos:
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Lista 01 Exerccio 22P
Quando a temperatura de uma moeda de cobre elevada de 100 C, seu
dimetro aumenta de 0.18 %. Com dois algarismos significativos, d o aumentopercentual: (a) rea de uma face, (b) da espessura, (c) do volume e (d) da
massa da moeda. (e) Calcule o coeficiente de expanso linear da moeda.
Como a derivada calcula taxa de variao, a usaremos para calcular.
(a) A rea de uma face de uma moeda dada por: , onde D odimetro. Temos sua diferencial . Dividindo a ltimarelao pela primeira, temos:
Podemos observar que o fator de multiplicao dois devido ao fato da rea
ser uma quantidade mensurada em suas dimenses. Assim a rea
multiplicada por dois, sendo (b) Assumindo que todas as dimenses podem ser expandidas, ento a
espessura aumenta 0,18%.
(c) O volume um valor mensurado em trs dimenses, logo aumentada
em 3, sendo
(d) A massa no muda.
(e) O coeficiente de expanso linear :
Isolando :
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Lista 01 Exerccio 23P
Um relgio de pndulo com um pndulo feito de lato projetado para medir
com preciso o tempo de 20 C. Se o relgio operar a 0.0 C, qual aintensidade de seu erro, e, segundos por hora e o relgio adianta ou atrasa?
Figura 2 - Relgio de pndulo feito de lato
Equao do pndulo simples:
[1]
[2]
Substituindo l em [2]:
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Para T= 1s; T= 0,999809s. Obtemos o resultado fazendo uma relao entre as
expresses:
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Lista 02 Exerccio 35E
Um pequeno aquecedor eltrico de imerso usado para aquecer 100g de
gua para uma xcara de caf instantneo. O aquecedor est rotulado com200 watts, o que significa que ele converte energia eltrica em energia
trmica nesta taxa. Calcule o tempo necessrio para levar toda esta gua de
23 C para 100 C, ignorando quaisquer perdas de calor.
Temos a massa m da gua m = 0,100kg e seu calor especfico dado por . A gua est a uma temperatura inicial e suatemperatura final a sua temperatura de ebulio dada por
Como o calor especfico dado por:
Podemos obter a expresso:
E para encontrarmos o tempo necessrio para a gua alcanar a temperatura
de 100 C usando o aquecedor devemos dividir a capacidade pela potncia doaquecedor, logo:
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Lista 02 Exerccio 45P
(a) Dois cubos de gelo de 50 g so mergulhados em 200 g de gua
em um recipiente isolado termicamente. Se a gua estiver inicialmente a25 C e o gelo vier diretamente de um freezer a -15 C, qual a temperatura
final da bebida quando ela atinge o equilbrio trmico? (b) Qual a
temperatura final se for usado apenas um cubo de gelo?
(a) Resposta Trabalha-se com C, pois no ser difcil obter o valor do
calor especfico em . H trs possibilidades nesse problema: Nenhum dos cubos de gelo derrete e o sistema de gua-gelo
atinge o equilbrio trmico a uma temperatura que igual ou
inferior ao ponto de fuso do gelo.
O sistema atinge o equilbrio trmico a temperatura de fuso do
gelo, com um pouco de gelo derretido.
Todo o gelo derrete e o sistema atinge o equilbrio trmico a uma
temperatura acima ou igual ao ponto de fuso de gelo.
Primeiramente, suponha-se que nenhum cubo de gelo derreta. A temperatura
da gua cai de para uma temperatura desconhecida e atemperatura dos cubos de gelos aumenta de para umatemperatura final desconhecida . Se a massa da gua e o calorespecfico da gua . A gua rejeita calor:
Se
a massa dos cubos de gelo e
o calor especfico dos mesmos e os
cubos absorvem calor, logo:
Como nenhuma energia perdida no sistema, estes dois calores em seus
valores absolutos podem ser os mesmos. Logo;
Resolvendo a expresso em termos de
encontramos a temperatura de
equilbrio:
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O resultado da temperatura acima do ponto de fuso do gelo, o que descarta
a primeira possibilidade de que nenhum dos cubos derreta. Ou seja, o clculo
no leva em conta o derretimento do gelo. Logo se deve comear o clculo
pela a outra possibilidade que a gua e o gelo atingem o equilbrio trmico a
0C, onde a massa final do gelo menor que a inicial (o gelo derretido). A
quantidade de calor rejeitado pela gua dada por: E o calor absorvido pelos cubos de gelo:
Onde o calor de fuso da gua. O primeiro calor a energianecessria para aquecer o todo o gelo a partir da temperatura de 0C e osegundo calor a energia requerida para derreter o gelo. Os dois calores so
iguais:
Resolvendo a equao para a massa m, obtemos:
Se a massa inicial de gelo de 100g, logo h gelo suficiente para levar a
temperatura da gua abaixo de 0C. Assim a gua e o gelo atingem o equilbrio
trmico com 0C com 53g de gelo derretido.
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(b) Como agora s um cubo de gelo usado, temos a massa inicial do
mesmo menor que 53g, logo a temperatura final ser acima do ponto de
fuso do gelo. O calor rejeitado pela gua, ser:
E o calor absorvido pelo gelo:
O primeiro calor a energia necessria para levar a temperatura do gelo a
0C, o segundo a energia necessria para aumentar a temperatura de
0C e o terceiro a energia necessria para derreter o gelo. Como aenergia no se perde os dois calores so iguais:
Resolvendo para :
Substituindo os valores dados:
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