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Tem exer 1

  1. 1. Problemas de Termodinˆmica e Estrutura da Mat´ria a e 1a s´rie e 1.1) A temperatura de ebuli¸˜o do azoto ´ de −195.81 o C. Calcule esta ca e temperatura em graus fahrenheit e em kelvin. 1.2) Em graus celsius, a temperatura do corpo humana ´ de 36.5 o C. Quanto e ´ esta temperatura em graus fahrenheit? e 1.3) Nas quedas de agua, a temperatura da agua na base ´ superior a tempe´ ´ e ` ratura da ´gua no topo. Determine a varia¸˜o de temperatura da ´gua numa a ca a queda de agua com 10 m de altura. A acelera¸˜o da gravidade ´ g = 9.8 ms−2 . ´ ca e 1.4) Um peda¸o de metal com 0.05 kg ´ aquecido a temperatura de 200 o C c e ` e depois ´ mergulhado num recipiente com 0.5 l de ´gua a temperatura de e a ` 20 o C. Quando o metal e a ´gua atingem o equil´ a ıbrio t´rmico, a temperatura e da ´gua ´ de 22.6 o C. Determine o calor espec´ a e ıfico do metal. 1.5) Um recipiente de alum´ ınio cont´m 100 g de ´gua ` temperatura de e a a o 10 C. O recipiente pesa 300 g. Calcule a temperatura do sistema ´gua mais a recipiente depois de se adicionar 100 g de ´gua a 100 o C. a 1.6) Num term´metro de g´s de Joly cuja superf´ livre est´ a press˜o ato a ıcie a` a mosf´rica, o diˆmetro interno dos tubos de merc´rio ´ de 6 mm e a superf´ e a u e ıcie livre est´ mais alta do que a superf´ interior. A diferen¸a de altura ena ıcie c tre as duas superf´ ıcies do merc´rio ´ de 1 cm. Calcule a press˜o do g´s no u e a a 3 term´metro. A densidade do merc´rio ´ de 13.53 g/cm . o u e 1.7) Num calor´ ımetro com 0.5 l de ´gua a 20 o C ´ colocada uma pedra a e o de m´rmore de 30 g a 150 C. Calcule a temperatura final da agua no caa ´ lor´ ımetro. 1.8) Numa zona costeira a ´gua do mar est´ ` temperatura T0 . Suponha que a aa o a temperatura da agua desce de 1 C. Este arrefecimento ´ acompanhado por ´ e um aumento de temperatura do ar. a) Calcule a quantidade de calor libertada por 1 m3 de ´gua. a o b) O calor libertado faz subir de 1 C uma certa quantidade de ar de volume V0 . Calcule V0 . A densidade do ar ´ ρ = 1.2 kg/m3 . e 1.9) Uma pessoa respira ao ritmo de 14 inspira¸˜es-expira¸˜es por minuto. co co Em cada inspira¸ao, s˜o expirados/inspirados 0.5 de ar. A temperatura c˜ a do ar expirado ´ de 28 o C. Se a temperatura exterior ´ de 0 o C, determine e e a quantidade de energia por unidade de tempo que ´ gasta a aquecer o ar e expirado. Qual a energia gasta ao fim de um dia? Dˆ o resultado em kiloe calorias. 1
  2. 2. 1.10) O g´s etano (C2 H6 ) tem um poder calor´ a ıfico de 373 kcal/mol. Suponha que na sua combust˜o s´ se aproveita 60% do seu calor. Determine que a o quantidade de g´s etano, em litros e nas condi¸˜es PTN (1 atm, 0 o C), que a co se deve queimar para transformar 50 kg de agua a 10 o C em vapor a 100 o C. ´ (Le = 540 cal/g). 1.11) O tabuleiro da ponte sobre o Tejo ´ feito de ferro e tem 2 278 m de e comprimento. Calcule qual a varia¸ao do comprimento da ponte quando a c˜ temperatura aumenta de 10 o C para 30 o C. O coeficiente de expans˜o linear a −6 o −1 do ferro ´ α = 11 × 10 ( C) . e 1.12) Um term´metro de merc´rio ´ constitu´ por um recipiente de forma o u e ıdo esf´rica com 0.25 cm de diˆmetro interior e um tubo capilar de 0.004 cm de e a diˆmetro interior. A uma certa temperatura T0 , o merc´rio enche apenas o a u recipiente esf´rico. Calcule a varia¸ao da altura de merc´rio no capilar para e c˜ u o um aumento de temperatura de 30 C. O coeficiente de expans˜o linear do a merc´rio ´ α = 0.606 × 10−4 (o C)−1 . u e 1.13) Qual o volume de 1 mole de ar a press˜o de 1 atm e ` temperatura de ` a a o 30 C. 1.14) Calcule a press˜o de 1 kg de ar contido num recipiente de 1 m3 a a ` o temperatura de 20 C. Considere que o ar ´ constitu´ por 21 % de O2 e e ıdo 79% de N2 . ` 1.15) A press˜o atmosf´rica, 1 litro de agua a 100 o C tem aproximadamente a e ´ 3 1 dm de volume. Depois da transi¸˜o de fase que ocorre a 100 o C, calcule o ca volume do mesmo n´mero de mol´culas de vapor de agua a 100 o C. u e ´ 1.16) Uma botija de mergulho com uma capacidade de 20 l e ` temperatura a de 20 o C cont´m ar a press˜o de 150 atm. Um mergulhador respira 50 l de e ` a ar por minuto. Sabendo que o mergulhador respira ar a press˜o a que se ` a o encontra e que a temperatura da ´gua ´ de 15 C, determine o tempo de a e mergulho a 10 m de profundidade. 1.17) Calcule o conte´do calor´ u ıfico de 1 l de ar a press˜o atmosf´rica e a ` a e o 25 C. Como o ar ´ constitu´ por 21 % de O2 e 79% de N2 , calcule os e ıdo conte´dos calor´ u ıficos contidos nas mol´culas de oxig´nio e de azoto. Calcule e e o calor espec´ ıfico do g´s de N2 . O calor espec´ a ıfico do g´s de O2 ´ cO2 = a e o o 915 J/(kg C) e o calor espec´ ıfico do ar ´ car = 1012 J/(kg C). e 1.18) Utilizando a equa¸˜o de van der Waals, estime o volume das mol´culas ca e de CO2 e de O2 . Assumindo que ambas as mol´culas s˜o aproximadamente e a esf´ricas, calcule os seus diˆmetros e dˆ o resultado em angstrom (1 ˚= e a e A −10 10 m). 2
  3. 3. 1.19) Calcule a temperatura cr´ ıtica, a press˜o cr´ a ıtica e o volume cr´ ıtico para a ´gua. a Solu¸oes: 1.1) -320.46 o F, 77.34 K. 1.2) 97.7 o F. 1.3) 0.02 o C. 1.4) 612.8 J/(kg c˜ K). 1.5) 44 o C. 1.6) 102651 Pa. 1.7) 21.58 o C. 1.8) 4181 × 103 J, 3443 m3 . 1.9) 3.97 J/s, 82 k cal. 1.10) 3152 l. 1.11) 0.5 m. 1.12) 3.55 cm. 1.13) 24.88 l. 1.14) 0.83 atm. 1.15) 1.7 m3 . 1.16) 30 minutos. 1.17) Qar = 356 J, QO2 = 75 J, QN2 = 281 J, cN2 = 1041 J/(kg o C). 1.18) (O2 ) 3.8 ˚, (CO2 ) 4.1 A ˚. 1.19) Vmc = 0.0915 l/mol, Tc = 372.06 o C, pc = 216.69 atm. A 3

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