1. Problemas de Termodinˆmica e Estrutura da Mat´ria
a
e
1a s´rie
e
1.1) A temperatura de ebuli¸˜o do azoto ´ de −195.81 o C. Calcule esta
ca
e
temperatura em graus fahrenheit e em kelvin.
1.2) Em graus celsius, a temperatura do corpo humana ´ de 36.5 o C. Quanto
e
´ esta temperatura em graus fahrenheit?
e
1.3) Nas quedas de agua, a temperatura da agua na base ´ superior a tempe´
´
e
`
ratura da ´gua no topo. Determine a varia¸˜o de temperatura da ´gua numa
a
ca
a
queda de agua com 10 m de altura. A acelera¸˜o da gravidade ´ g = 9.8 ms−2 .
´
ca
e
1.4) Um peda¸o de metal com 0.05 kg ´ aquecido a temperatura de 200 o C
c
e
`
e depois ´ mergulhado num recipiente com 0.5 l de ´gua a temperatura de
e
a
`
20 o C. Quando o metal e a ´gua atingem o equil´
a
ıbrio t´rmico, a temperatura
e
da ´gua ´ de 22.6 o C. Determine o calor espec´
a
e
ıfico do metal.
1.5) Um recipiente de alum´
ınio cont´m 100 g de ´gua ` temperatura de
e
a
a
o
10 C. O recipiente pesa 300 g. Calcule a temperatura do sistema ´gua mais
a
recipiente depois de se adicionar 100 g de ´gua a 100 o C.
a
1.6) Num term´metro de g´s de Joly cuja superf´ livre est´ a press˜o ato
a
ıcie
a`
a
mosf´rica, o diˆmetro interno dos tubos de merc´rio ´ de 6 mm e a superf´
e
a
u e
ıcie
livre est´ mais alta do que a superf´ interior. A diferen¸a de altura ena
ıcie
c
tre as duas superf´
ıcies do merc´rio ´ de 1 cm. Calcule a press˜o do g´s no
u
e
a
a
3
term´metro. A densidade do merc´rio ´ de 13.53 g/cm .
o
u e
1.7) Num calor´
ımetro com 0.5 l de ´gua a 20 o C ´ colocada uma pedra
a
e
o
de m´rmore de 30 g a 150 C. Calcule a temperatura final da agua no caa
´
lor´
ımetro.
1.8) Numa zona costeira a ´gua do mar est´ ` temperatura T0 . Suponha que
a
aa
o
a temperatura da agua desce de 1 C. Este arrefecimento ´ acompanhado por
´
e
um aumento de temperatura do ar.
a) Calcule a quantidade de calor libertada por 1 m3 de ´gua.
a
o
b) O calor libertado faz subir de 1 C uma certa quantidade de ar de volume
V0 . Calcule V0 . A densidade do ar ´ ρ = 1.2 kg/m3 .
e
1.9) Uma pessoa respira ao ritmo de 14 inspira¸˜es-expira¸˜es por minuto.
co
co
Em cada inspira¸ao, s˜o expirados/inspirados 0.5 de ar. A temperatura
c˜
a
do ar expirado ´ de 28 o C. Se a temperatura exterior ´ de 0 o C, determine
e
e
a quantidade de energia por unidade de tempo que ´ gasta a aquecer o ar
e
expirado. Qual a energia gasta ao fim de um dia? Dˆ o resultado em kiloe
calorias.
1

2. 1.10) O g´s etano (C2 H6 ) tem um poder calor´
a
ıfico de 373 kcal/mol. Suponha
que na sua combust˜o s´ se aproveita 60% do seu calor. Determine que
a o
quantidade de g´s etano, em litros e nas condi¸˜es PTN (1 atm, 0 o C), que
a
co
se deve queimar para transformar 50 kg de agua a 10 o C em vapor a 100 o C.
´
(Le = 540 cal/g).
1.11) O tabuleiro da ponte sobre o Tejo ´ feito de ferro e tem 2 278 m de
e
comprimento. Calcule qual a varia¸ao do comprimento da ponte quando a
c˜
temperatura aumenta de 10 o C para 30 o C. O coeficiente de expans˜o linear
a
−6 o
−1
do ferro ´ α = 11 × 10 ( C) .
e
1.12) Um term´metro de merc´rio ´ constitu´ por um recipiente de forma
o
u e
ıdo
esf´rica com 0.25 cm de diˆmetro interior e um tubo capilar de 0.004 cm de
e
a
diˆmetro interior. A uma certa temperatura T0 , o merc´rio enche apenas o
a
u
recipiente esf´rico. Calcule a varia¸ao da altura de merc´rio no capilar para
e
c˜
u
o
um aumento de temperatura de 30 C. O coeficiente de expans˜o linear do
a
merc´rio ´ α = 0.606 × 10−4 (o C)−1 .
u e
1.13) Qual o volume de 1 mole de ar a press˜o de 1 atm e ` temperatura de
`
a
a
o
30 C.
1.14) Calcule a press˜o de 1 kg de ar contido num recipiente de 1 m3 a
a
`
o
temperatura de 20 C. Considere que o ar ´ constitu´ por 21 % de O2 e
e
ıdo
79% de N2 .
`
1.15) A press˜o atmosf´rica, 1 litro de agua a 100 o C tem aproximadamente
a
e
´
3
1 dm de volume. Depois da transi¸˜o de fase que ocorre a 100 o C, calcule o
ca
volume do mesmo n´mero de mol´culas de vapor de agua a 100 o C.
u
e
´
1.16) Uma botija de mergulho com uma capacidade de 20 l e ` temperatura
a
de 20 o C cont´m ar a press˜o de 150 atm. Um mergulhador respira 50 l de
e
`
a
ar por minuto. Sabendo que o mergulhador respira ar a press˜o a que se
`
a
o
encontra e que a temperatura da ´gua ´ de 15 C, determine o tempo de
a
e
mergulho a 10 m de profundidade.
1.17) Calcule o conte´do calor´
u
ıfico de 1 l de ar a press˜o atmosf´rica e a
`
a
e
o
25 C. Como o ar ´ constitu´ por 21 % de O2 e 79% de N2 , calcule os
e
ıdo
conte´dos calor´
u
ıficos contidos nas mol´culas de oxig´nio e de azoto. Calcule
e
e
o calor espec´
ıfico do g´s de N2 . O calor espec´
a
ıfico do g´s de O2 ´ cO2 =
a
e
o
o
915 J/(kg C) e o calor espec´
ıfico do ar ´ car = 1012 J/(kg C).
e
1.18) Utilizando a equa¸˜o de van der Waals, estime o volume das mol´culas
ca
e
de CO2 e de O2 . Assumindo que ambas as mol´culas s˜o aproximadamente
e
a
esf´ricas, calcule os seus diˆmetros e dˆ o resultado em angstrom (1 ˚=
e
a
e
A
−10
10
m).
2

3. 1.19) Calcule a temperatura cr´
ıtica, a press˜o cr´
a
ıtica e o volume cr´
ıtico para
a ´gua.
a
Solu¸oes: 1.1) -320.46 o F, 77.34 K. 1.2) 97.7 o F. 1.3) 0.02 o C. 1.4) 612.8 J/(kg
c˜
K). 1.5) 44 o C. 1.6) 102651 Pa. 1.7) 21.58 o C. 1.8) 4181 × 103 J, 3443 m3 .
1.9) 3.97 J/s, 82 k cal. 1.10) 3152 l. 1.11) 0.5 m. 1.12) 3.55 cm. 1.13)
24.88 l. 1.14) 0.83 atm. 1.15) 1.7 m3 . 1.16) 30 minutos. 1.17) Qar = 356 J,
QO2 = 75 J, QN2 = 281 J, cN2 = 1041 J/(kg o C). 1.18) (O2 ) 3.8 ˚, (CO2 ) 4.1
A
˚. 1.19) Vmc = 0.0915 l/mol, Tc = 372.06 o C, pc = 216.69 atm.
A
3