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Termologia: Parte 2Professor Marco Costa

1. Considere um bloco de gelo de massa 300g encontra-se a 0° C.Para que todo gelo se derreta, obtendo água a 0° C são necessárias24.000 cal. Determine o calor latente de fusão do gelo.

2. Considere um bloco de gelo de massa 300g á temperatura de C 20 , sob pressão normal. Sendo gcalLF /80 e

Cgcalcgelo /5,0 , pede-se:a)a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do bloco até50° Cb) Construa um gráfico que represente a variação da temperatura (eixo dasordenadas) em função da quantidade de calor (eixo das abscissas) recebidapelo bloco.

3.Num recipiente de paredes impermeáveis ao calor são colocados200g de água à temperatura de 90°C e um pedaço de gelo de 50g àtemperatura de – 20° C. Determinar a temperatura final deequilíbrio.

Dados:Calor específico da água = 1 cal/g° CCalor especifico do gelo = 0,55 cal/g° CCalor de fusão do gelo 80 cal/g

4.Num calorímetro de Berthelot, cuja massa em água, ou equivalenteem água, era de l00 g, introduziu-se um bloco de 200g de certasubstância, cuja temperatura inicial era de 172°C. A temperatura dosistema, de início, com 20°C, atinge no estado de equilíbrio o valor23°C.

Pede-se:a) o calor específico da referida substância;b) qual seria a temperatura final adquirida pelo sistema, se, após atingir oestado de equilíbrio já referido, fossem introduzidos no calorímetro 20g degelo a 0°C.Dado: calor de fusão do gelo = 80 cal/g° C

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Dados para os problemas 5 e 6

CgcalcGELO /5,0 ; gcalLF /80gcalLV /540 ; Cgcalc

ÁGUA /1

5.Determine a quantidade de calor necessária para transformar 2g degelo a C10 em água a 10° C.

6.Determine a quantidade de calor necessária para transformar 2g degelo a C10 em vapor a 100° C.

7.Dentro de uma cavidade seca, praticada numa bar ra de gelo àtemperatura de 0°C, põe-se um corpo de 500g de massa e cujatemperatura é de 90°C. Após algum tempo, quando se dá oequilíbrio térmico, retira-se, de dentro da cavidade, 70g de água. Ocalor de fusão do gelo é de 80 cal/g.

Determine o calor específico do corpo.

8.Um pedaço de gelo de massa 40g a 0°C é colocado com 20g decobre a 100°C em um calorímetro contendo 180g de água a 20°C.O equivalente em água dos acessórios e do calorímetro é igual a20g. Qual é a temperatura final da mistura?

Dados:Calor específico do cobre = 0,095 cal/g°CCalor de fusão do gelo = 80 cal/g

9.Determine a quantidade de calor que deve ser fornecida a 200g degelo a C 40 para se obter vapor d’água a 120°C. Construa umgráfico que represente a variação da temperatura (eixo das ordenadas) em função da quantidade de calor (eixo das abscissas)recebida pelo gelo.

Dados:

gcalLCgcalcCgcalc

F

Vapor

GELO

/80/5,0/5,0

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10.O diagrama abaixo representa a variação da temperatura de umasubstância líquida de massa 20g, inicialmente a 0°C, em função docalor por ela absorvido.

Determine:a) a temperatura de ebulição do líquido;b) o calor específico do líquido;c) o calor de vaporização do líquido;d) o calor específico na fase gasosa.

11.Num calorímetro de capacidade térmica desprezível misturamos200g de água a 32°C e 150g de gelo a C 25 . Determine a massade vapor de água a 140°C, que devemos introduzir no calorímetropara que a temperatura de equilíbrio térmico seja 28°C.

Dados:Cgcalcc VAPORGELO /5,0 ; gcalLF /80 ; gcalLV /540 ;

12.Deseja-se esfriar 8,5 litros de água de 20°C a 5,0°C, empregando-se cubos de gelo a 0°C. Admita que o sistema atinja o equilíbriotérmico e despreze as trocas de calor com o meio ambiente.Quantos litros de água serão obtidos no fmal?

Adote:massa específica da água: = 1,0 kg/litrocalor específico da água: c = 1,0 cal/g°Ccalor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g

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13.Um bloco de gelo de massa 60g a – 10° C é introduzido aomesmo tempo que 20 g de cobre a 80° C em um calorímetrocontendo 300 g de água a 20/ C. Sendo a capacidade térmica docalorímetro iguala 50 cal/°C e CgcalcCU /092,0 ,

gcalLF /80 , CgcalcGELO /5,0 , determine a temperaturafinal de equilíbrio térmico.

14.Um corpo, inicialmente sólido, de massa 80g, recebe calor e sofrevariação de temperatura conforme indica o gráfico:

Pede-se:a) a temperatura de fusão da substância;b o calor latente de fusão do corpo;c) o calor específico do corpo no estado sólido;d) o calor específico no estado líquido.

15.Num calorímetro de capacidade térmica desprezível misturamos500g de água a 30° C e 200g de gelo a C 20 . Determine amassa de vapor d’água a 130°C que devemos introduzir nocalorímetro para que a temperatura no equilíbrio seja 40° C.

16.Um recipiente contém 20 litros de ar e suporta uma pressão de 2atmosferas. Determine o volume ocupado pelo ar quando a pressãopassar a 0,4 atmosfera, mantendo-se constante a temperatura.

17.Certo corpo gasoso sofre uma transformação em que suatemperatura varia de 0°C a 91°C; simultaneamente, a pressão do

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gás se eleva ao dobro. Em que proporção se modifica o volume dogás?

18.Num reservatório de capacidade constante há gás sob pressâo de75cm Hg à temperatura de 27°C. Determine a nova pressão damesma massa gasosa, quando a temperatura passa para 170,6°F.

19.O volume de um gás é de 280cm3 à temperatura de 30°C e sobpressão de 740mm de Hg. Qual seria ó volume a 0°C e sob 760 mmde Hg?

20.Três litros de ar, inicialmente a 27°C e 4,2 . 105 N/m2 de pressão,sofre compressão isotérmica atingindo o volume de 0,5 litro. Emseguida passam por uma expansão isobárica até atingir volume de

4 litros. Sendo '.

4,8KmolJR ,

Determine:a) o número de moles do volume de ar em que tão;b) a pressão do ar após a transformação isotérmica;c) a temperatura absoluta no final da transformação isobárica.

21.Um litro de ar, nas CNTP, tem massa igual 1,293 grama. Qual amassa de 1,0 litro de ar sob 770mm Hg de pressão e 0°C detemperatura?

22.A profundidade de um certo lago é de 6,0 metros. No fundo de tallago a temperatura é de 10°C ao passo que na superfície é de 18°Ce a pressão atmosférica é de 760 mm Hg. A massa específica daágua é de 1 g/cm3 e a do mercúrio é 13,6 g/cm3. Certa bolha gasosa,emanada do fundo desse lago, chega à tona do mesmo ocupandoum volume. de 8,0cm3. Determine o volume ocupado pela bolha nofundo do lago.

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23.Nos recipientes A e B da figura temos dois gases, X e Y, naspressão 3 atm. e 1 atm, respectivamente, na temperatura ambiente(constante):

O volume do recipiente B é o triplo do de A e o volume do tubo que liga Aa B é desprezível. Determine a pressão final do conjunto, depois de se abrira torneira do tubo de união.

24.Considere uma massa de gás à temperatura de 0°C, pressão de 4,0atm e volume de 6 litros. A massa de gás é comprimidaisotermicamente até que a pressão seja 2,0 atm. Em seguida, atemperatura do gás é aumentada até 77°C, numa transformaçãoisobárica. Determine o volume final da massa de gás.

25.A mesma quantidade de ar ocupa primeiro urna es fera com raiode 1cm, e depois outra esfera cujo raio é de 2cm. Determine apressão na segunda esfera, sabendo que, na primeira, o gás se achanas CNTP e, na segunda, a sua temperatura é de 20°C.

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26.Uma certa massa de gás, inicialmente no estado 1, é levada, portransformações sucessivas, até o esta do 3, conforme indica odiagrama:

Determine:a) 1T b) 1V

27.Um recipiente de capacidade V = 2 litros contém 0,02 mol de umgás perfeito a 27°C. Mantendo-se o volume constante, aquece-se ogás até 227°C. Determine as pressões inicial e final do gás.

Dado: kmollatmR

082,0

28.Uma certa massa de gás, no estado inicial A, passa para o estadofinal B, sofrendo a transformação indicada na figura:

Determine a temperatura TB.

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29.Um cilindro, de paredes rígidas e êmbolo móvel sem atrito,contém um certo gás em seu interior, conforme indica a figura:

Quando a temperatura é de 27°C, o volume ocupado pelo gás é de 5 litros.Qual deve ser a temperatura para que o volume do gás seja de 8 litros,mantendo a pressão constante?

30.Um recipiente contém 20 litros de ar e suporta uma pressão de 1,5atmosfera. Determine o volume ocupado pelo ar quando a pressãopassar a 1 atmosfera, mantida constante a temperatura.

31.O gráfico abaixo ilustra uma isoterma de uma certa quantidade degás levado do estado A para o estado B

Determine a pressão do gás no estado B.

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32.O diagrama abaixo indica a transformação ABCA sofrida por umgás perfeito:

Determine o trabalho realizado na transformação.

33.Um gás perfeito sofre a transformação ABCD indicada nodiagrama abaixo:

Determine o trabalho realizado nas transformações:a) ABb) BCc) CDd) ABCD

34.De que altura deveria cair uma determinada massa de água paraque a sua energia final, convertida em calor, aumentasse atemperatura dessa massa de 1°C? Admita não haver perdas.

Dados:1 cal = 4,18J;g = 9,8 m/s2

c = 1 cal/g°C

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35.Uma massa de gás recebe 2.000J de calor e sofre transformaçãoisobárica, sob pressão de 40 N/m2. como ilustra o diagrama:

Determine a variação de energia interna do gás.

36.Uma massa de água de 20g a 100°C, sob pressão normal (105

N/m2) ocupa volume de 20cm3. Transformando-a em vapor,isobaricamente o volume passa a 8.000cm3. Sendo o calor latentede vaporização da água 540 cal/g, determine:

a) o trabalho realizado na transformação;b) a quantidade de calor absorvida pelo sistema;c) a variação da energia interna do sistema.

37.Uma esfera de chumbo é atirada com a velocidade de 20m/s.Choca-se com um obstáculo perfeitamente rígido. Se a energiacinética da esfera se transforma totalmente em calor e somente70% é absorvida pela esfera, calcular a temperatura final da esfera.A massa da esfera é 20g e sua temperatura inicial 25°C.

Dados:CPB (sólido) = 0,03 cal/g°CCPB (liquido) = 0,04 cal/g°Ctemperatura de fusão do chumbo 325°CLF = 6 cal/g.

38.Certa massa gasosa, de volume 5 litros, sob pressão25 /105 mN sofre transformação isotérmica recebendo 8.000J de calor

do meio externo.Sendo o número de moles do gás igual a 4 e a constante universal dosgases perfeitos igual a 8,32 J/mol K, determine:a) a temperatura da transformação,b) a variação da energia interna do gás;c) o trabalho realizado na transformação.

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39.Numa transformação isobárica, um gás realiza o trabalho de 400J,quando recebe do meio externo 500J. Determine a variação deenergia interna do gás nessa transformação.

40.Uma máquina de Carnot é operada entre duas fontes, cujastemperaturas são, respectivamente, 100°C e 0°C. Admitindo-se quea máquina recebe da fonte quente uma quantidade de calor igual a1000cal por ciclo, pede-se:

a) o rendimento térmico da máquina;b) o trabalho realizado pela máquina em cada ciclo (expresso em joules);c) a quantidade de calor rejeitada à fonte fria.Use: 1cal = 4,19J

41.Uma máquina térmica retira da fonte quente, 400 calorias e passapara a fonte fria 300 calorias. Determine o seu rendimento.

42.Uma máquina térmica de Carnot fornece ao meio exterior, emcada ciclo, um trabalho de 600J. As temperaturas das fontes quentee fria são respectivamente, 127°C e 27°C. Determine:

a) o rendimento da máquina;b) a quantidade de calor que a fonte quente fornece ao sistema;c) a quantidade de calor que o sistema fornece à fonte fria.

43.Urna máquina de Carnot, cuja fonte fria está a 7°C, temrendimento de 40%. Determine em quantos graus precisamoselevar a temperatura da fonte quente para que o rendimento passe aser 50%.

44.Num lugar onde g = 9,8m/s2 um corpo metálico de massa = 2Kgcai de 200m de altura. Supondo que todo o calor produzido noimpacto permaneça no corpo, e sabendo que sua temperatura seelevou de 10°C, qual é, aproximadamnete, o calor específico docorpo em cal/g°C?

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45.O gráfico da figura representa uma transformação reversívelsofrida por uma determinada massa gás perfeito.

a) Qual foi a variação da temperatura do gás entre o estado inicial A eo estado final C?b) Qual a quantidade de calor, em joules, recebida pelo gás natransformação ABC?

46.(UF-PI) O gráfico representa a variação de temperatura em funçãodo tempo de um corpo inicialmente sólido. Os patamares AB e CDrepresentam, respectivamente, as seguintes mudanças de estado:

a) solidificação e fusãob) solidificação e

vaporizaçãoc) fusão e solidificaçãod) vaporização e sublimaçãoe) fusão e vaporização

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Gabarito:

1. gcalLF /802. a) cal000.42 ou Kcal42

b)

3. Ct 8,534. a) Cgcalc /01,0 b) Ct 1,65. calQ 1906. calQ 450.17. Cgcalc /124,08. Ct 1,49. calQ 150b)

10. a) Ct 80 b) Cgcalc /625,0c) gcalLV /100 d) Cgcalc /25,111. gm 33,27

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12. litrosV 1013. Ct 97,414.

a) CtF 200b) gcalLF /5,2c) Cgcalc

SÓLIDO /012,0

d) CgcalcLÍQUIDO

/037,015. g41,5016. litrosV 100

17.32

0

VV

18. Hgcmp 5,8719. 36,245 cmV 20. a) molesn 5,0 b) 26 /1052,2' MNp

c) T”=2.400K21. gm 31,1'22. 39,4 cmV 23. atmp 5,124. litrosV 38,152 25. atmp 134,01

26. a) KT3

5001 b) litrosV 21

27. atmp 246,0 atmp 41,0'

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28. KTB 90029. KT 480'30. litrosV 3031. atmPB 8,132. JABCA 3033.

a) JAB 6 b) JBC 6 c) JCD 5,7d) JABCD 5,19

34. mh 42735. JU 960.136. a) J798 b) calQ 800.10 ou J584.2

c) JU 786.137. Ct 1,2638. a) KT 12,75 b) 0U c) J000.839. JU 10040. a) %8,26 b) J3,120.1 c) calQ 7322 41. %2542. a) %25 b) JQ 400.2 c) JQ 800.11 43. KT 9344. Cgcalc /046,045. a) Nula b) JABC 1246.E47.50g48.C

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49.E50.a) coexistência de sólido e líquido b) 2.500 cal51. a) 30 cal/g b) 0,25 cal/g°C52.

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