ed 01 - física termodinâmica

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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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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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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(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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