Termodinâmica - Exercícios resolvidos de Física 2

PARTE 2

*Respostas no fim da postagem

1 - Unesp As pontes de hidrogênio entre moléculas de água são mais fracas que
a ligação covalente entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio. No
entanto, o número de ligações de hidrogênio é tão grande (bilhões de moléculas
em uma única gota de água) que estas exercem grande influência sobre as
propriedades da água, como, por exemplo, os altos valores do calor específico,
do calor de vaporização e de solidificação da água. Os altos valores do calor
específico e do calor de vaporização da água são fundamentais no processo de
regulação de temperatura do corpo humano. O corpo humano dissipa energia,
sob atividade normal por meio do metabolismo, equivalente a uma lâmpada de
100 W.
Se em uma pessoa de massa 60 kg todos os mecanismos de regulação de
temperatura parassem de funcionar, haveria aumento na temperatura de seu
corpo. Supondo que todo o corpo seja feito de água, em quanto tempo,
aproximadamente, essa pessoa teria a temperatura de seu corpo elevada em
5°C?
Dado: calor específico da água ≅ 4,2 × 103
J/kg · °C

a. 1,5 h
b. 2,0 h
c. 3,5 h
d. 4,0 h
e. 5,5 h


2 - UPE O equivalente mecânico do calor pode ser avaliado pela experiência
realizada por James Prescott Joule (1818-1889), na qual se utiliza de um
aparelho em que um peso, ao descer, gira um conjunto de pás em um recipiente
com água, como ilustrado na figura abaixo.

Um bloco de massa m cai de uma altura h, girando as pás que aquecem uma
amostra de água de massa M. Admitindo-se que toda energia da queda produza
o aquecimento da água, a expressão que representa a variação de temperatura
Δθ da amostra de água é:
Dado: considere a aceleração da gravidade g e o calor específico da água c
a. (g.h)/c
b. (m/M).(g.h/c)
c. (M/m). c/(g.h)
d. (m/M).(h/c)
e. (M/m).(g.h)/c


3 – Unesp Foi realizada uma experiência em que se utilizava uma lâmpada de
incandescência para, ao mesmo tempo, aquecer 100 g de água e 100 g de areia.
Sabe-se que, aproximadamente, 1 cal = 4 J e que o calor específico da água é de
1 cal/g · °C e o da areia é 0,2 cal/g · °C. Durante 1 hora, a água e a areia
receberam a mesma quantidade de energia da lâmpada, 3,6 kJ, e verificou-se
que a água variou sua temperatura em 8 °C e a areia em 30 °C. Podemos afirmar
que a água e a areia, durante essa hora, perderam, respectivamente, a
quantidade de energia para o meio, em kJ, igual a:

a. 0,4 e 3,0
b. 2,4 e 3,6
c. 0,4 e 1,2
d. 1,2 e 0,4
e. 3,6 e 2,4

4 – FGV A primeira coisa que o vendedor de churros providencia é o 

aquecimento dos 4 litros de óleo de fritura que cabem em sua fritadeira. A partir 

de 20 °C, levam-se 12 minutos para que a temperatura do óleo chegue a 200 °C, 

aquecimento obtido por um único queimador (boca de fogão), de fluxo 

constante, instalado em seu carrinho. Admitindo que 80 % do calor proveniente 

do queimador seja efetivamente utilizado no aquecimento do óleo, pode-se 

determinar que o fluxo de energia térmica proveniente desse pequeno fogão, em 

kcal/h, é, aproximadamente: 

Dados: 

densidade do óleo = 0,9 kg/L 

calor específico do óleo = 0,5 cal/(g · °C) 

a. 4.000 

b. 3.500 

c. 3.000 

d. 2.500 

e. 2.000

5 – Unesp - Segundo a Biblioteca Virtual Leite Lopes, 

"O calor de combustão de um combustível é a quantidade de calor 

que 1 grama da substância produz, ao ser completamente queimada. 

www.prossiga.br/leitelopes/ "

O calor de combustão do carvão vegetal pode ter valores muito variáveis, mas 

um valor médio bem aceito é 3,0 · 107

J/kg. Nesse caso, sabendo-se que o calor 

específico da água é 4,2 · 103

 J/(kg · °C) e supondo que não haja perdas, a massa 

de carvão que, completamente queimada, fornece a quantidade de calor 

necessária para elevar a temperatura de 1,0 kg de água de 28 °C à fervura (100 

°C), em gramas, é aproximadamente de: 

a. 600 

b. 300 

c. 150 

d. 50 

e. 10

6 - UFU - É muito comum em casas que não dispõem de forno microondas pessoas utilizarem uma resistência elétrica ligada à tomada para aquecer água para
fazer chá ou café. Em uma situação mais idealizada, é possível estudar esse
problema e aprender um pouco mais de Física. Para isso, considere,
inicialmente, um sistema em equilíbrio térmico composto por um recipiente
com paredes adiabáticas que possui em seu interior uma esfera maciça, cujo
raio é de 50 cm, a massa é de 5 toneladas e o coeficiente de dilatação linear é αesf
= 1 · 10-4°C-1. O restante do recipiente está completamente cheio com 2.500 kg
de água pura à temperatura θ0 = 20 °C, como mostra a figura abaixo. A
resistência R = 2 Ω que está dentro do recipiente é,então, ligada durante certo
intervalo de tempo aos terminais de uma bateria ideal de U = 200 V.
Dados: C H2O = 1 cal g · °C, c esf = 0,1 cal /g · °C ,  1 cal ≈ 4 J.

Considerando que toda a dissipação de energia ocorrerá apenas na resistência R
e desconsiderando a capacidade térmica da resistência e do recipiente, responda
às questões.

a. Qual é a temperatura inicial da esfera na escala Fahrenheit?

b. Quanto tempo a resistência deve ficar ligada para que o sistema atinja a
temperatura de equilíbrio θ = 80 °C?

c. Quando o sistema atinge o equilíbrio, a temperatura final da água é 80 °C,
neste caso, qual será a variação no volume da esfera? Sugestão: escreva sua
resposta em função de π.

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