quarta-feira, 2 de dezembro de 2020

Aula-Live 18 de introdução à Física, ministrada pelo professor Rafael, Calor e Trabalho Termodinâmico, acontecerá nessa, sexta, 4



Professor Rafael em frente a escola quilombola Firmo Santino e o ginásio de esporte do quilombo Caiana dos Crioulos. Fotos registradas na segunda-feira, 30-11-20.
Comentário adicionado à noite. Tentamos fazer a aula 18 hoje, 2 de dezembro, à noite, mas a internet caiu.

Teremos aula-Live 18 de introdução à Física nessa  sexta-feira, 4,  das 8h às 10h, transmitida pelo blog rafaelrag. Entrando nesse horário você encontrará o link.

Vamos estudar essa semana Calorimetria, Trabalho termodinâmico e as leis da termodinâmica. Iniciaremos a aula de hoje fazendo uma revisão da aula anterior.


\documentclass[preprint,aps]{revtex4}

\begin{document}

\centerline{ \bf INTRDU\c{C}\~AO \`A F\'ISICA -UAFM-CES-UFCG-Lista VIII}


\noindent{Pofessor: Rafael de Lima Rodrigues \hrulefill  PER\'IODO 2020.3}


\noindent{Aluno(a): \hrulefill Aten\c{c}\~ao! Cada quest\~ao vale dois pontos.

\bf Boa Sorte.}


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\noindent 1) 

A \'agua tem um comportamento an\^omalo entre $0^oC$ e $4^oC,$ obtendo a densidade m\'axma

quando a temperatura atinge $4^oC?$ Justifique a sua resposta.

b) Calor latente \'e a grandeza F\'\i sica relacionada \`a quantidade de calor que uma unidade

de massa de determinada subst\^ancia deve receber ou ceder para mudar de fase, ou seja, passe

do estadob s\'olido para o estado l\'\i quido, do estado l\'\i quido para o estado gasoso e vice-versa.

Unidade no SI: $J/kg$ ( Joule por quilograma), caloria por grama $(cal/g)$.

Calcule a quantidade de calor necess\'aria para transformar $80g$ de gelo sob a temperatura

negativa de $-20^oC$ para o estado l\'\i quido numa temperatura de $90^oC.$ Lembre-se que o calor

Latente do gelo, calores espec\'\i ficos do gelo e da \'agua, respectivamente,

$ L, c_{gelo}, c_a,$ s\~ao dados

por $L = 80\frac{cal}{g^oC}, c_{gelo} = 0,5\frac{cal}{g^oC}, c_a = 1,0\frac{cal}{g^oC}.$


\vspace{0,5cm}


\noindent 2) a) Em 1662, o qu\'\i mico Irland\^es Robert Boyle e, independentemente, em 1676, o f\'\i sico e

bi\'ologo franc\^es Edme Mariotte, observaram que um g\'as sob temperatura constante, a

press\~ao \'e inversamente proporcional ao volume. Como voc\^e faria uma experi\^encia para

verificar a lei de Boyle-Mariotte? Desenhe a curva isoterma que representa essa lei. 


\noindent b)

Utilize a primeira lei da Termodin\^amicas para relacionar o trabalho termodin\^amico, calor e

energia interna de um g\'as nas seguintes transforma\c{c}\~oes isot\'ermica, isob\'arica e isom\'etrica.


\vspace{0,5cm}


\noindent 3) Considere  um term\^ometro que tem um ponto de fus\~ao, sob

a temperatura $T=0$, em $L=4cm$ e o ponto

de eboli\c{c}\~ao $T=100^oC,$ correspondendo ao comprimento $L=24cm$. 


\noindent a) Escreva

uma equa\c{c}\~ao termom\'etrica da temperatura em fun\c{c}\~ao do comprimento

$L$. Lembre-sse de que a temperaatura \'e linear com  o comprimento, ou seja, $T=aL+b,$ agora basta calcular as constantes $a$ e $b$. 



\noindent b) Determine o valor do comprimento para o valor de $T

=22^oC.$e 

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\noindent 4) Em um experimento, $200g$ de alum\'\i nio (com calor espec\'\i  fico de $900\frac{J}{kg.K}$) a

$100^oC$ s\~ao misturados com $50,0g$ de \'agua a $20,0^oC,$ com a mistura termicamente isolada.


\noindent a)

Qual a temperatura de equil\'\i brio?

b) Qual a varia\c{c}\~ao de entropia do alum\'\i  nio?

c) Qual a varia\c{c}\~ao de entropia da \'agua?

d) Qual a varia\c{c}\~ao de entropia do sistema \'agua - alum\'\i

nio? 


\vspace{0,5cm}


\noindent 5) Velocidade m\'edia das mol\'eculas de um g\'as ideal, que possui

mol\'eculas sem interagir com diferentes velocidades. Lembre-se que  usando a teoria cin\'etica dos gases ideais, no equil\'\i brio t\'ermico, o teorema de equiparti\c{c}\~ao

de energia diz que, a cada grau de liberdade associamos uma energia m\'edia

igual a $\frac 12 {\cal K}T$. Logo, 

obtemos a energia cin\'etica m\'edia das mol\'eculas: 


$$

E_{cm}=\frac 12 mv_m^2=\frac 32 {\cal K}T,

$$ 

o que resulta em $v_m=\sqrt{\frac{3RT}{M}}$, evidenciando o fato de que a temperatura depende da velocidade m\'edia das mol\'eculas e vice-versa. Com $M=N_Am$ a massa molecular, o n\'umero de Avogrado $N_A=6,023\hbox{x}10^{23}$ 

e $T$ \'e a temperatura.


\noindent a) Calcular a velocidade m\'edia das mol\'eculas de um g\'as ideal de $ O_2$

no ar a temperatura de $ 300K$. Considere a constante universal dos gases

$R=N_A{\cal K}=8,31J/mol.K$, ${\cal K}$ \'e a constante de Bolstzmann.   A massa molar do oxig\^enio \'e $M_{O_2}=32\frac{g}{mol}$.

                        

\noindent b) Considere que o hidrog\^enio, com uma massa molecular de 2,0

x$10^{-3} \frac{kg}{mol}$, move-se quatro vezes mais rapidamente que o oxig\^enio. Calcule a velocidade00

m\'edia quadr\'atica do hidrog\^enio na temperatura ambiente (aproximadamente

$ 300K)$. 


\vspace{0,5cm}

\noindent 8) A equ\c{c}\~ao de estado de um g\'as ideal \'e dada por $PV=nRT$,

com $n$ o n\'umero de moles, $R$ a constante universal dos gases, $P$ a press\~ao, $T$ a temperatura e $V$ o volume. Considere um mol de g\'as ideal com o volume

de 10 litros, sob a press\~ao atmosf\'erica. a) Qual a temperatura do g\'as?

b) Ap\'os o g\'as sser aquecido ele se expandiu e o volume aumentou para

20 litros. Determine aa temperatura em grau celsius.


Lembre-se de que ao usar a equa\c{c}\~ao de estado,  a resposta obtida ser\'a

em Kelvin, depois voc\^e transforma a temperatura para grau celsis.


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\noindent 7) Dilata\c{c}\~ao t\'ermica linear. Considere uma barra de a\c{c}\~o recebendo

uma certa quantidade de calor, passando de uma temperatura inicial de $20^oC,$ para  uma temperatura final de $100^oC.$  Ap\'os ocorrer a dilata\c{c}\~ao

linear, qual o comprimento final dessa barra? Sabendo o coeficiente de dilata\c{c}\~ao linear do a\c{c}o $\alpha=$11x$10^{-6}C^ {-1}.$ Verifica-se que: $\Delta L=\alpha L_0\Delta T. $

\vspace{0,5cm}


\\vspace{0,5cm}

\noindent 8)  Ainda sobre a barra de a\c{c}o recebendoe

uma certa quantidade de calor, passando de uma temperatura inicial de $10^oC,$ para  uma temperatura final de $40^oC.$  Qual o aumenta o da dilata\c{c}\~ao da barra? Sabendo o coeficiente de dilata\c{c}\~ao linear do a\c{c}o $\alpha=$11x$10^{-6}C^ {-1}.$.

\end{document}

Blog rafaelrag

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