Lista de Exercicio sobre Termodinâmica

Exercícios de Termodinâmica

1. Um vento forte sopra sobre uma cidade e a temperatura cai 11,8oC em uma hora. Calcule esta queda em oF.  R: 11,8*1,8 = 21,24ºF
2. O avião supersônico Concorde possui um comprimento igual a 62,1 m quando está em repouso no solo em um dia típico (a 15oC). Ele é basicamente feito de alumínio. Quando está voando com uma velocidade igual ao dobro da velocidade do som, o atrito com o ar aquece a parte externa do Concorde e produz uma dilatação de 25 cm no comprimento do avião. (o compartimento dos passageiros está apoiado em rolamentos, e o avião se expande em torno dos passageiros). Qual é a temperatura da parte externa do Concorde durante o vôo? αAl=24.10-6/°C

R: ΔL = Lo.αΔT  => ΔT = ΔL/(Lo.α) = 0,25/(62,1*24.10-6) = 167,7 + 15 = 182,7ºC

1. Uma barra metálica possui comprimento igual a 40,125cm a 20,0oC e 40,148cm a 45,0oC. Calcule seu coeficiente de dilatação linear médio para este intervalo de temperatura.

R: α = ΔL / (Lo.ΔT) = (40,148-40,125)/(40,125*25) = 22,9 x 10-6/ºC

1. A ponte Humber na Inglaterra, cujo comprimento é de 1410 m, possui o maior vão sem apoio do mundo. Calcule a variação do comprimento da base de aço do vão quando a temperatura aumenta de -5,0°C até 18ºC. O coeficiente de dilatação linear do aço é igual a 11 x 10-6 /°C.

R: ΔL = Lo.αΔT  = 1410*11.10-6 *23 = 0,3567 m

1. Os rebites de alumínio usados na construção de aviões são feitos com um diâmetro ligeiramente maior do que o diâmetro do buraco e resfriados com “gelo seco” (CO2 sólido) antes de serem colocados nos respectivos buracos. Sabendo que o diâmetro de um buraco é igual a 4,500 mm, qual deve ser o diâmetro de um rebite a 23,0oC para que seu diâmetro fique igual ao do buraco quando o rebite for resfriado até -78ºC? Use α=24x10-6/oC.

R: ΔL = L- Lo = Lo.αΔT = 4,500- Lo = Lo . 24x10-6*(-101) = 4,489 mm

1. A moeda de um centavo de dólar americano possui diâmetro igual a 1,900 cm a 20ºC. A moeda é feita com uma liga metálica (quase toda de zinco) para a qual o coeficiente de dilatação linear é igual a 2,6x10-5/oC. Qual seria seu diâmetro a) em um dia quente no Vale da Morte (48ºC); b) em uma noite fria nas montanhas da Groenlândia (-53º C)?

R: a) L = Lo(1+αΔT) = 1,9014 mm ,  b) 1,8964 mm

1. A haste de um relógio de pêndulo é feita de latão. Calcule a variação relativa do comprimento da haste quando ela é esfriada de 19,5ºC até 5,0o C. Use o coeficiente de dilatação linear do latão igual a 2,0 x10-5/oC.  

R: ΔL/ Lo = αΔT = -2,9x10-4  ou -0,029%

1. Um cilindro de cobre está inicialmente a 20º C. Em que temperatura seu volume torna-se 0,15% maior do que a 20º C? α = 18.10-6 /oC.  

R: V = 1,00015.Vo  => ΔV/ Vo = 0,00015 = 3αΔT = 47,7°C

1. Em climas muito frios um mecanismo significativo para a perda de calor pelo corpo humano é a energia gasta para aquecer o ar nos pulmões em cada respiração. a) Em um dia de inverno muito frio quando a temperatura é de -20ºC, qual é a quantidade de calor necessário para aquecer 0,50 litros de ar trocado na respiração até atingir a temperatura do corpo humano (37ºC)? Suponha que o calor específico do ar seja igual a 1020 J/kg.K e que 1,0 litro de ar possua massa igual a 1,3 x 10-3 kg. B) Qual é o calor perdido por hora considerando uma taxa de respiração de 20 aspirações por minuto?

R: a) Q = m.c.ΔT = (1,3 x 10-3)/2*1020*57 = 37,8 J

b) 20 aspirações/min = 1200 aspirações/hora = 1200*37,8 J = 4,536 x 104 J/hora

1. Uma chaleira de alumínio com massa igual a 1,5kg e contendo 1,8kg de água é colocada em um fogão. Supondo que não haja nenhuma perda de calor para o ambiente, qual é a quantidade de calor que deve ser adicionada para elevar a temperatura de 20ºC até 210ºC? Use CAl = 0.215 cal/g.°C

R: Chaleira => Q = m c  ΔT = 1500*0.215*190 = 61.275 cal = 256.497,15 J

Água => (m.c.ΔT)liq + (m.Lv) + (m.c.ΔT)vapor =

(1800*1*80) + (1800*540) + (1800*0,5*110) =

                                        = 144.000 cal + 972.000cal + 99.000 cal

                                        = 1.215.000 cal = 5.085.990 J

Calor total = 256.497,15 J + 5.085.990 = 5,342 x 106 J

1. Antes de ir fazer seu exame médico anual, um homem de 70kg cuja temperatura é igual a 37ºC consome uma lata inteira de 0,355litros de bebida leve (quase toda composta de água a 12ºC). a) Qual deve ser a temperatura do seu corpo quando for atingido o equilíbrio? Despreze qualquer efeito de aquecimento provocado pelo metabolismo do homem. O calor específico do corpo do homem é igual a 3480 J/kg.K. b) a variação de temperatura do seu corpo é suficiente para que ela possa ser lida por um termômetro médico comum?

a) 36,84ºC, 

b) sim,  pois o termômetro comum tem uma precisão de 0,1 grau.

Massa do homem = 70 kg         calor específico = 3480 J/kg.K    temp. inicial = 37°C        

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