SearsZemansky_Cap15

5/9/2018 SearsZemansky_Cap15 - slidepdf.com

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~s.3)Em alguns locais daTerra a temperatUraem graus Celsius é

'igualà temperatura em graus Fahrenheit. Qual é 0 valor desta~mperatUra?Qual é a estaçiiomais provâvel?-~ermôrnetro de gas corn volume constante. Usando-sem ermômetro de gâs venficou-se que a pressiiodo ponto tnploda agua (O,OI"C)era igual a 4,80 x 104Pa e a pressiiodo 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 quando

o gas possui densidade pequena.)

SEÇÂO15.5EXPANSAOÉRMICA

~trito do ar e expansâo térmica. 0 aviiio supersônico~ci~ possui umcomprimento igual a 62,1 m quando esta emrepouso 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 corn0 ar aquece aparte extema doConcorde e produz uma dilataçiiode 25 cm nocomprlmento do aviiio. (0 compartimento dos passageiros estaapoiado em rolamentos, e 0 aviiiose expande em tome dospassageiros.) Qual é a temperatUrada parte extema doConcordedurante 0 vôo?

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

~'5.6 QUANTIDADEECALOR

~erda de calor durante a respiraçâo. Emclimas muitq1frios um mecanismo significativo para a perda de calor pelo cofhumano é a energia gasta para aquecer 0 ar nos pulmOesemca'"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 que0 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)QuaI0 calor perdido porhora considerando uma taxa de respiraçiiode 20 aspiraçOes

por minuto?

1S.4 ma fôrma de cubos de gelacorn massa desprezlvel

contém0,350 kg de agua a 18,0"C.Qualé a quantidade de calor

necessâriapara esfriar a agua atéO,O"Ce solidifica-la?'Dê a'~sposta em joules e em calorias. --1S.46 'Avaporizaçiiodo suoré ummecanismo de controle datemperatura de animais de sangue quente. a) Quai é a quantidadede agua que deve seevapo~ 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 especfficotfpico do corpo humano éigual a 3480 Jlkg. K. (Veja0 Exercfcio 15.30.) b) QuaIé 0

volume 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 umcalorfmetro aiiifiô"Strae 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 kgde agua.A temperatura final do calorfmétro é igual a 26,I°C.Calcule 0 calor especffico da amostra. ---\~ Uma das extremidades de uma barra metlilicaisolada émantida a ODCpor uma mistUrade gela e agua.A barra possui

60,0 cm decomprimentoe umaseçiioreta corn ârea iguala 1,25cmo calor conduzido pela barra produz a fusiiode 8,50 g de gela e10,0minutos.Ache a condutividade térmica k do metal.

~Suponha que fosseposslvel a constrUçiiode um aro de aço. .eseencaixassecomprecisiionoequadordaTerraa uma'mperatura de 20,0°C. Qual seria 0 espaçamento entre 0 aro e a

iIperffcie 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 -15,O"C.Se a caneca e a lata estiio

inicialmente 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~ tfPicaSSI do a urna aulade ffsicacorn atençiioproduz umcalor de100W.QuaI é a quantidade de calor produzida por urna turma de90 alunos de ffsica em um anfiteatro ao longe da duraçiiode 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.Sabendoque niioocorrenenhuma perda de calor e 0 condicionador de ar esta desligado,quai é 0 aumento da temperatUrado ar do anfiteatrodurante os 5minutos de.aula?c) Quando os alunosestiiofazendouma prova.calor produzido por aluno aumenta para 280W.QuaI seria 0aumento de ternperatura do ar do anfiteatrodurante 50 min

neste caso?

~S. 105) Suponha que a radiaçiiosolar incidente por segundoSODreâ'uperfIcie congelada de um lago seja igual a 600W/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 estiioa umatemperatUrade O°C.

1S.106 A energia irradiada pelo Sol atinge 0 topo da atrnosferaterrestre corn uma taxa aproximadamente igual a 1,50kW1m2.Adistância entre a Terrae 0 Sol é igual a 1,50x 1011m, e 0 raio do

Sol é igual a 6,96 x 108m. a)Qual é a taxa de irradiaçiiodeenergia por unidade de area da superffcie do Sol? b) Supondo quo Sol irradie coma umcorpo negro ideal, quaIé a temperatUradsuperficie do Sol?

Exercícios de Termodinâmica

Cap 15 do Sears e Zemansky - Temperatura e Calor



RESPOSTAS AOS EXERCÍCIOSSEARS/ZEMANSKY: FÍSICA 10ª EDIÇÃO

CAPÍTULO 15

15-14: ΔT = ( Δ L)/( α L0 ) = (25 x 10-2

m)/((2.4 x 10-5

(ºC)-1

)(62.1 m)) = 168 ºC, logo a

temperatura 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

3

0

C xC C C

cmcm

cmT

V

V

oo

oo

−==

−

−=

Δ

Δ= β β

15-40: Q = m (cΔT + L f )

= (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

K K kg J kg

P

T mc

p

Qt

b) min,230min)/800(

)/10334)(550.0( 3

==

J

kg J xkg

P

mL f

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)

mcΔ

T = (25.0 x 10

-3

kg)(4190 J/kg⋅

K)(66.0 K) = 6.91 x 10

3

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 kg J x

K K kg J kg

L

T Mcm

v

suor =

⋅=

Δ=

b) Esta quantidade de água possui um volume igual a 101 cm3, cerca de um

terço do volume de uma lata de refrigerante.

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

o calor específico da amostra é

,/1010

)Cº9.73)(0850.0(

)Cº1.7))(/390)(150.0()/4190)(200.0((

K kg J

kg

K kg J kg K kg J kg

T m

Qc

⋅=

⋅+⋅=

Δ=

ou 1000 J/kg⋅K com somente dois algarismos significativos porque a variação de

temperatura geralmente é medida com dois algarismos significativos.

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

dm L

dt

dQ f = e explicitando K na

Eq. (15-21), obtemos



./227

)100)(10250.1(

)100.60(

)600(

)150.8()/10334(

24

233

K mW

K m x

m x

s

kg xkg J x

T A

L

dt

dm Lk

⋅=

=

Δ=

−

−−

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

H = (0.040 W/m⋅K)(1.40 m2) ,196

)100.4(

)140(2

W m x

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 ganho pelo 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

C K kg J kg K kg J kg K kg J kg

kg J xC K kg J kg

C K kg J kg K kg J kg

o

o

o

=

⋅+⋅+⋅

+⋅−

⋅+⋅

Note que a massa do gelo (0.120 kg) aparece no denominador desta expressão

multiplicada 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 ao

quadrado 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

m x

m x

= 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

K K mW x

mW x

A

H T =

⋅=

=

−σ

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