Fundamentos de Física 9ª Edição Vol 2 - Halliday 2 ED 9 (em cores)

TEMPERATURA. CALOR E A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 215
da superfície é 1 O.OºC. determine a temperatura a uma profundidade
de 35.0 km (perto da base da crosta). Ignore O calor oerado pela
presença de elementos radioativos. º
73 Qual é o au1nento de volume de um cubo de alumínio coin 5 00
cm de lado quando o cubo é aquecido de 1 O,OºC para 60,0ºC? '
74 Em uma série
.
de experi1nentos,
.
um bloco B é colocado em
um
recipiente term1camente isolado em contato coin un 1 bloco A , que
tetn a mesma massa que o bloco B. E1n cada experimento O bloco
B está inicial~ente à temperatura T 8 , mas a temperatura d~ bloco A
varia de experimento para experimento. Suponha que r. representa
a temperatura final dos dois blocos ao atingirem o equil~rio térmico.
A Fig. 18-52 mostra a temperatura Trem função da temperatura
inicial TA para um intervalo de valores de TA, de r 111
= o K até
r,., 2
= 500 K. Qual é (a) a temperatura T 8 e (b) a razão cJc entre
os calores específicos dos blocos?
A
Como a temperatura da inte1face água-gelo é OºC, a água do tubo
não pode perder energia para os lados do pingente ou para a ponta
do tubo porque não há variação de temperatura nessas direções. A
água pode perder energia e congelar apenas transferindo energia
para cima (através de u1na distância L) até o alto do pingente. onde
a temperatura T, pode ser menor que OºC. Suponha que L = 0.12 m
e T, = - SºC. Suponha também que a seção reta do tubo e do pingente
é A. Qual é. em termos de A, ( a) a taxa com a qual a energia é
transferida para cima e (b) a taxa com a qual a massa é convertida
de água para gelo no alto do tubo central? (c) Qual é a velocidade
com a qual o pingente se move para baixo por causa do congelamento
da água? A condutividade térmica do gelo é 0,400 W/m · K
e a massa específica da água é 1000 kg/m 3 •
7' I
v
1
Transferência de energia
Figura 18-52 Problema 74.
º~-------'
TAi
TÁ2
~(K)
75 A Fig. 18-53 mostra um ciclo fechado a que um gás é submetido.
De e até b, 40 J deixam o gás na forma de calor. De b até a,
130 J deixam o gás na forma de calor e o valor absoluto do trabalho
realizado pelo gás é 80 J. De a até e, 400 J são recebidos pelo gás na
fonna de calor. Qual é o trabalho realizado pelo gás de a até e? (Sugestão:
é preciso levar em conta os sinais dos dados fornecidos.)
p
1
1
1
1
1
Figura 18- 54 Problema 78.
L
: vCRevestimento de água
: (Oº C)
1
~ Tubo de água
( (OºC)
79 Uma amostra de gás se expande de uma pressão inicial de 10
Pa e um volume inicial de 1,0 m 3 para um volume final de 2,0 m 3 •
Durante a expansão, a pressão e o volume estão relacionados pela
equação p = a\12, onde a= 10 N/m 8 • Determine o trabalho realizado
pelo gás durante a expansão.
80 A Fig. 18-55a mostra um cilindro com gás, fechado por um
êmbolo móvel. O cilindro é mantido submerso em uma mistura de
gelo e água. O êmbolo é empurrado para baixo rapidamente da posição
l para a posição 2 e mantido na posição 2 até que o gás esteja
novamente à temperatura da mistura de gelo e água; em seguida, é
erguido lentamente de volta para a posição 1. A Fig. 18-55b é um
diagrama p-V do processo. Se 100 g de gelo são derretidos durante
o ciclo, qual é o trabalho realizado sobre o gás?
a
b
Figura 18-53 Problema 75.
76 Três barras retilíneas de mesmo comprimento, feita~ de alumí-
.
d
1
20
OºC formam um triângulo equilátero com
n10, nvar e aço, to as a , , A
1
osto
pinos articulados nos vértices. A que temperatura ~ angu O op .
à barra de Invar é 59,95º ? As fórmulas tri~onorr:étncas necessá~;s
estão no Apêndice E e os dados necessários estao na Tabela 18 ·
1 d O 700 kg é reduzida para
"J7 A temperatura de um cubo de ge o e ,
- 150')C. Em seguida é fornecido calor ao cubo, mant:ndo-o ter-
' ~ A • total e de O 6993
m1camente isolado do ambiente. A trans erencia
e na Tabe 1 a 18 -3 é. va ~ 11-
-
MJ Suponha que o valor de Ci•'º que aparec é tura final
J
5o
ºC OºC Qual a tempera
e o para temperaturas de - 1 a ·
da água'?
á
, brc a superfície de un1
78 Pu1ge111ec; de r,:e/o. A , gua co · ,
, d . ·rcscin1cnto) e lorn1a un1
pingente dL: g1Ju ativo ( <. 111 processo e e ·
1 cr· . d· d . d •ixo centra •ag. 1 8 -. 54) ·
lu b o curto e estreito na Cl tremi a e
O
e
_::i..__ .. 2
(a)
Figura 18-55 Problema 80.
Gelo e
água
(b)
Início
1
81 Uma a1nostra de gás sofre uma transição de um estado inicial
a para um estado final b por três diferentes trajetórias (processos),
como mostra o diagra1na p- \ 1 da Fig. 18-56, onde V,, = 5,00\ 1 ,. A
energia transferida para o gás como calor no ~rocesso 1 é, lOp,V,.
En 1
tcnnos de 1
,, \',. qual é (a) a energia transfe11da para o gas como