8ª Série de Problemas

 Problema 1       Calor específico

Um metal com uma massa de 0.1 Kg é mantido durante algum tempo em água a ferver. De seguida, é transferido para um recipiente isolado de Cobre (calorímetro) de massa igual a 0.3 Kg, onde o metal é mergulhado em 0.5 l de água a 20^oC. A temperatura de equilíbrio do conjunto é 25^oC.
Qual o calor específico do metal? (c_Cu=390 J/KgK; c_água=4186 J/KgK)

 Problema 2       Energia e Calor específico

De que altura devem cair 0.01 Kg de água para que a sua temperatura aumente de 10^oC ? e 1 l ? (Admita que toda a energia potencial inicial da água é convertida em energia térmica, quando a água choca com o chão; c_água=4186 J/KgK)

 Problema 3       Calor específico

O clima nas regiões junto á costa é muito mais temperado, porque a a temperatura do ar é influenciada pelo elevado calor específico da água (c_água=4186 J/KgK), quando os ventos têm como sentido predominante mar para terra.

Justifique a afirmação anterior, sabendo que densidade da água é 1000 Kg/m³, a densidade do ar é 1.25 Kg/m³ e que o calor específico do ar é c_ar=1000 J/KgK.

 Problema 4       Transformação isotérmica

Um pistão de 100 Kg de massa está num cilindro de 0.2 m de raio, a 1 m da base. A base está em contacto com um reservatório (ou fonte) de calor à temperatura constante de T=331^oC (ver figura). Dentro do cilindro de paredes isolantes (como o pistão), estão 3 moles de um gás ideal à temperatura da fonte. Suponha que a pressão exterior inicial é suficiente para equilibrar o movimento do pistão, isto é, que inicialmente a soma da pressão exterior com o peso do pistão por unidade de área é igual à pressão interior.

A dado momento, a pressão exterior baixa subitamente até à pressão atmosférica. Considere que o pistão se move lentamente e sem atrito. a) Qual a altura final a que sobe o pistão ? b) Qual o trabalho realizado pelo gás ? c) Qual o calor cedido ao gás pela fonte ?

 Problema 5       Transformação adiabática

Considere o sistema isolado representado na figura, em que a parede separadora dos dois gases está isolada termicamente (não passa calor através da parede), e pode mover-se sem atrito. Inicialmente ambos os gases têm pressão, temperatura e volumes iguais a P₀, T₀ e V₀.

A dada altura, entra lentamente calor no lado direito (por exemplo, ligando um ferro de engomar que lá dentro se encontrava), até o gás do lado direito atingir a pressão final P₂=(64/27) P₀. Admita que ambos os gases são ideais e que a razões entre o calor específico molar dos gases a pressão constante e o calor a volume constante são ambas iguais a C_P/C_V= = 1.5.

Determine em função de P0, T0, V0: a) V1, T1, T2 b) O trabalho realizado sobre o gás do lado esquerdo.