~s.3)Em alguns locais da Terra a temperatUraem graus Celsius é'igualà temperatura em graus Fahrenheit. Qual é 0 valor desta~mperatUra? Qual é a estaçiio mais provâvel?-~ermôrnetro de gas corn volume constante. Usando-seum ermômetro de gâs venficou-se que a pressiio do ponto tnploda agua (O,OI"C)era igual a 4,80 x 104Pa e a pressiio do ponto deebuliçiio normal da agua (100°C) era igual a 6,50 x 104Pa.a) Supondo que a pressiio varie linearmente com a temperatura,use estes dados para calcular a temperatura Celsius para a qual apressiio do gas seria igual a zero (isto é, ache a temperatUraCelsius do zero absoluto). b) 0 gâs neste termômetro obedece àEquaçiio (15.4) de modo preciso? Caso esta equaçiio fosseobedecida exatamente, e a pressiio a 100°Cfosse igual a6,50 x 104Pa, qual seria a pressiio medida a O,Ol°C?(Como vocêestUdarana Seçiio 16.2, a Equaçiio (15.4) yale exatamente quandoo gas possui densidade pequena.)

SEÇÂO15.5EXPANSAOTÉRMICA

~trito do ar e expansâo térmica. 0 aviiio supersônico~ci~ possui um comprimento igual a 62,1 m quando esta em

repouso no solo em um dia tfpico (a 15"C).Ele é basicamentefeito de alumfnio. Quando ele esta voando corn uma velocidadeigual ao dobro da velocidade do som, 0 atrito corn 0 ar aquece aparte extema do Concorde e produz uma dilataçiio de 25 cm nocomprlmento do aviiio. (0 compartimento dos passageiros estaapoiado em rolamentos, e 0 aviiio se expande em tome dospassageiros.) Qual é a temperatUrada parte extema do Concordedurante 0 vôo?

~Determine 0 coeficiente de dilataç~o volu~étrica da âguaa uma temperatUrade 9"C. (Sugestiio: Voce necesslta fazermedidas na Figura 15.7.)

~'5.6 QUANTIDADEDECALOR~erda de calor durante a respiraçâo. Em climas muitq1

frios um mecanismo significativo para a perda de calor pelo cofhumano é a energia gasta para aquecer 0 ar nos pulmOesem ca'"respiraçiio. a) Em um dia d~ invemo muito frio quando atemperatura é de -20"C, quaI é a quantidade de calor necessaria'para aquecer 0,50 L de ar trocado na respiraçiio até atingir atemperatUrado corpo humano (37"C)?Suponha que 0 calorespecffico do ar seja igual a 1020 Jlkg .K e que 1,0 L de ar

possua massa igual a 1,3 x 10-3kg. b) QuaI 0 calor perdido porhora considerando uma taxa de respiraçiiode 20 aspiraçOes

por minuto?

1S.4 ma fôrma de cubos de gela corn massa desprezlvelcontém 0,350 kg de agua a 18,0"C.Qual é a quantidade de calornecessâriapara esfriar a agua até O,O"Ce solidifica-la?'Dê a'~sposta em joules e em calorias. --1S.46 'Avaporizaçiiodo suor é um mecanismo de controle datemperatura de animais de sangue quente. a) Quai é a quantidadede agua que deve se evapo~ da pele de um homem de 70,0 kgpara que a temperatUrado seu corpo diminua de 1,00"C?0 calorde vaporizaçiioda agua na temperatUrado corpo (37°C)é igual a2,42 x 106Jlkg. K. 0 calor especffico tfpico do corpo humano éigual a 3480 Jlkg. K. (Veja 0 Exercfcio 15.30.) b) QuaI é 0volume de agua que 0 homem deve beber para repor a aguavaporizada? Compare 0 resultado corn 0 volume de uma lata derefrigerante (355 cm\

1S.S0jUm técnico de laborat6rio coloca em um calorfmetro aiiifiô"Strade um material desconhecido, a uma temperatUradeloo,o"C.O recipiente do calorfmetro, inicialmente a 19,0"C,éfeito com 0,150 kg de cobre e contém 0,200 kg de agua.A temperatura final do calorfmétro é igual a 26,I°C.Calcule 0 calor especffico da amostra. ---

\~ Uma das extremidades de uma barra metlilica isolada émantida a ODCpor uma mistUrade gela e agua. A barra possui60,0 cm de comprimentoe uma seçiioreta corn ârea iguala 1,25cm2.o calor conduzido pela barra produz a fusiiode 8,50 g de gela em10,0 minutos.Ache a condutividade térmica k do metal.

~Suponha que fosse posslvel a constrUçiiode um aro de aço. .ese encaixassecomprecisiionoequadordaTerraa uma'mperatura de 20,0°C. Qual seria 0 espaçamento entre 0 aro e aiIperffcie terrestre casa a temperatura do aro aumentasse de

~O"C? __

~ Um mecânico corn sede resfria uma lata de refrigerante(essencialmente agua) colocando-a ern urna grande caneea dealumlnio com massa igual a 0,257 kg e adicionando 0.120 kg degela inicialmente a -1 5,O"C.Se a caneca e a lata estiioinicialmente a 20,O°C.quaI é a temperatura final do sistemadesprezando as perdas de calor?

1S.89 r quente ern urna aula de fisica. a) Um estudan~ tfPicolaSSI do a urna aula de ffsica corn atençiioproduz um calor de100 W. QuaI é a quantidade de calor produzida por urna turma de90 alunos de ffsica em um anfiteatro ao longe da duraçiio de 50minutos de aula? b) Suponha que todo 0 calor caIculado na parte(a) seja transferido para 3200 m3de ar do anfiteatro. 0 calorespecffico do ar é igual a 1,20kg/m3.Sabendo que niioocorrenenhuma perda de calor e 0 condicionador de ar esta desligado,quai é 0 aumento da temperatUrado ar do anfiteatro durante os 50minutos de .aula?c) Quando os alunos estiio fazendo uma prova. °calor produzido por aluno aumenta para 280 W.QuaI seria 0aumento de ternperatura do ar do anfiteatro durante 50 minneste caso?

~S. 105) Suponha que a radiaçiio solar incidente por segundoSODreâ'superfIcie congelada de um lago seja igual a 600 W/m2 e70% desta energia seja absorvida pelo gela. Quanto tempo serianecessârio para fondir uma camada de gelo corn espessura de2,50 cm? A camada de gela e a agua embaixo dela estiio a umatemperatUrade O°C.

1S.106 A energia irradiada pelo Sol atinge 0 topo da atrnosferaterrestre corn uma taxa aproximadamente igual a 1,50 kW1m2.Adistância entre a Terra e 0 Sol é igual a 1,50 x 1011m, e 0 raio doSol é igual a 6,96 x 108m. a) Qual é a taxa de irradiaçiiodeenergia por unidade de area da superffcie do Sol? b) Supondo queo Sol irradie coma um corpo negro ideal, quaI é a temperatUrada

superficie do Sol?

RESPOSTAS AOS EXERCÍCIOSSEARS/ZEMANSKY: FÍSICA 10ª EDIÇÃO

CAPÍTULO 15

15-14: ΔT = (ΔL)/(αL0) = (25 x 10-2 m)/((2.4 x 10-5 (ºC)-1)(62.1 m)) = 168 ºC, logo atemperatura é igual a 183ºC.

15-22: O coeficiente pode ser achado pela inclinação da curva a 9ºC.

./105.7/00005.,)610(

)0000.10003.1(00025.1

11 533

30

CxCCC

cmcmcmT

VV

oooo

−==−−

=ΔΔ

= ββ

15-40: Q = m (cΔT + Lf )

= (0.350 kg) ((4190 J/kg⋅K)(18.0 K) + 334 x 103 J/kg)

= 1.43 x 105 J = 34.2 kcal

15-42: a) .min7.21min)/800(

)0.15)(/2100)(550.0(=

⋅=

Δ==

J

KKkgJkg

P

Tmc

p

Qt

b) min,230min)/800(

)/10334)(550.0( 3

==J

kgJxkg

P

mLf

logo o tempo necessário para fundir o gelo é igual a 21.7 min + 230 min = 252 min.

c)

15-44: a) m(cΔT + Lv) = (25.0 x 10-3 kg) ((4190 J/kg⋅K)(66.0 K) + 2256 x 103 J/kg) =6.33 x 104 J.

b) mcΔT = (25.0 x 10-3 kg)(4190 J/kg⋅K)(66.0 K) = 6.91 x 103 J.

c) Uma queimadura com vapor d’água é muito mais prejudicial para a pele doque uma queimadura com água quente.

15-46: a) .101)/1042.2(

)00.1)(/3480)(0.70(6 g

kgJxKKkgJkg

LTMc

mv

suor =⋅

=Δ

=

b) Esta quantidade de água possui um volume igual a 101 cm3, cerca de umterço do volume de uma lata de refrigerante.

15-50: O calor perdido pela amostra é o calor ganho pelo calorímetro e água, eo calor específico da amostra é

,/1010

)Cº9.73)(0850.0()Cº1.7))(/390)(150.0()/4190)(200.0((

KkgJ

kgKkgJkgKkgJkg

TmQ

c

⋅=

⋅+⋅=

Δ=

ou 1000 J/kg⋅K com somente dois algarismos significativos porque a variação detemperatura geralmente é medida com dois algarismos significativos.

15-58: Usando a regra de derivação em cadeia, H = dt

dmL

dt

dQf= e explicitando K na

Eq. (15-21), obtemos

./227

)100)(10250.1(

)100.60(

)600(

)150.8()/10334(

24

233

KmW

Kmx

mx

s

kgxkgJx

TA

L

dt

dmLk

⋅=

=

Δ=

−

−−

15-60: a) Pela Eq. (15-21),

H = (0.040 W/m⋅K)(1.40 m2) ,196)100.4(

)140(2

Wmx

K=

−

ou aproximadamente igual a 200 W com dois algarismos significativos nos cálculos.

b) O resultado da parte (a) fornece a potência necessária.

15-74: Todas as dimensões lineares do aro cresceriam com um mesmo fator igual aαΔT, logo o aumento do raio do aro seria igual a

RαΔT = (6.38 x 106 m)(1.2 x 10-5 K-1)(0.5 K) = 38 m.

15-84: Igualando o calor perdido pelo refrigerante e pela caneca com o calor ganhopelo gelo e explicitando a temperatura final T, obtemos

T=

.1.14)/4190)(120.0()/910)(257.0()/4190)(00.2(

))/10334)0.15)(/2100)((120.0(

)0.20))(/910)(257.0()/4190)(00.2((3

CKkgJkgKkgJkgKkgJkg

kgJxCKkgJkg

CKkgJkgKkgJkg

oo

o

=⋅+⋅+⋅

+⋅−

⋅+⋅

Note que a massa do gelo (0.120 kg) aparece no denominador desta expressãomultiplicada pelo calor específico da água; depois que o gelo se funde, a massa do gelofundido aumentar até T.

15-106: a) Supondo que não haja nenhuma perda de energia substancial na regiãoentre a Terra e o Sol, a potência por unidade de área será inversamente proporcional aoquadrado da distância até o centro do Sol,

logo o fluxo de energia na superfície do Sol é dada por

(1.50 x 103 W/m2) 2

8

11

1096.6

1050.1

mx

mx = 6.97 x 107 W/m2.

b) Resolvendo a Eq. (15-25) com e = 1, obtemos

.5920/1067.5

/1097.61 4

1

428

274

1

KKmWx

mWx

A

HT =

⋅=

=−σ