Baixe fisica Os fundamentos da física Ramallo 2 e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity!
Exercícios propostos
Capítulo
Testes propostos Menu Resumo do capítulo
Os fundamentos da Física • Volume 2 1
Os diagramas de fase
P.109 a) AB corresponde a uma fusão (passagem da fase sólida para a fase líquida). b) BC corresponde a uma condensação (passagem da fase líquida para a fase de vapor). c) D é um ponto da curva de sublimação, po- dendo corresponder às fases sólida e vapor. d) E é o ponto triplo (sólido, líquido e vapor); F pertence à curva de fusão (sólido e líquido); G pertence à curva de vaporização (líquido e vapor). e) O ponto triplo ou tríplice é o ponto E. Esse nome deve-se ao fato de, nesse esta- do, a substância poder estar nas três fases em equilíbrio: sólido, líquido e vapor.
θ (°C)
p
0
Sólido
Líquido
Vapor
A B
D
F G C
E
P.110 Dados: d gelo 0,92 g/cm^3 ; d água 1 g/cm 3 ; L F 80 cal/g; ∆ V 2 cm^3 a) Utilizando a fórmula deduzida no exercício R.36 :
∆ V m (^) d^1 d^1 2 m^11 0,92^1 água gelo
2 0,92^ ^1 ^
m m m 23 g ^
b) Q mL F ⇒ Q 23 80 ⇒ Q 1.840 cal
P.111 a) Contração devida ao animal: 0,42 0,64 0,22 cm^3 Essa contração é causada pela fusão de certa massa m de gelo: ∆ V V água V gelo Dados: ∆ v 0,22 cm^3 ; d água 1 g/cm 3 ; d gelo 0,92 g/cm^3
∆ V m d
m água d gelo
(^) ⇒ 0,22 m^1 1
⇒ m 2,53 g
A quantidade de calor absorvida pelo gelo que se derrete é dada por: Q mL F. Como L F 80 cal/g, vem: Q 2,53 80 ⇒ Q 202,4 cal
Exercícios propostos
b) Essa quantidade de calor representa 80% do total que o animal perdeu, pois 20% se dissipa para o ambiente:
Q 0,8 Q T ⇒ Q^ T ^ 0,8 Q^ ⇒^ Q T 202,40,8 ⇒ Q T 253 cal A capacidade térmica do animal vale:
C Q T ∆θ ⇒^ C^
30 ⇒ C 8,43 cal/°C
P.112 Dados: m 70 g; c 1 cal/g °C; L V 523,1 cal/g; θ 0 50 °C; θV 120 °C
- Aquecimento da água: Q 1 mc ∆θ ⇒ Q 1 70 1 (120 50) ⇒ ⇒ Q 1 4.900 cal
- Vaporização da água: Q 2 mL V ⇒ Q 2 70 523,1 ⇒ Q 2 36.617 cal Q Q 1 Q 2 4.900 36.617 ⇒
⇒ Q 41.517 cal
Obs.: É interessante salientar para o aluno que o calor latente de uma mudança de fase, para dada substância, depende da temperatura em que a mudança de fase ocorre. No caso deste exercício, o calor latente de vaporização da água vale 523,1 cal/g a 120 °C. Se esse valor for comparado com o calor latente de vaporiza- ção da água a 100 °C (540 cal/g), pode-se concluir que o calor latente de vapo- rização da água é tanto menor quanto maior a temperatura em que a mudança de fase ocorre.
θ (°C) 120
50
(^0) Q (cal)
P.113 Dados: V 1 30 cm 3 ; p 1 1 atm; V 2 75 cm^3 ; p 2 ?
Da lei de Boyle, vem: p 1 V 1 p 2 V 2 ⇒ 1 30 p 2 75 ⇒ p 2 0,4 atm
P.114 A pressão se mantém constante no valor F 15 cmHg, pois sendo saturante o vapor está exercendo a pressão máxima de vapor na temperatura de 10 °C, não importando o volume que ocupe. Durante o processo, para que a pressão não se modifique, ocorre condensação do vapor.
Exercícios propostos
P.119 a) Obtemos, na tabela, 105 °C para a temperatura de ebulição da água na pressão de 880 mmHg. No gráfico, obtém-se, para o tempo de cozimento: ∆ t 20 min b) Para 100 m de altitude, temos: ∆ p 10 mmHg Para 800 m de altitude, temos: ∆ p 80 mmHg Então, em Gramado (800 m de altitude), o valor de pressão atmosférica é: p 760 80 ⇒ p 680 mmHg Para essa pressão, na tabela: θeb. 97 °C. Do gráfico, tiramos o tempo de cozimento correspondente: ∆ t 60 min. c) Ao nível do mar: p atm. 760 mmHg ⇒ θeb. 100 °C ⇒ ∆ t 40 min Para o tempo de cozimento ∆ t ’ 2 40 min 80 min, obtemos: θ’eb. 95 °C ⇒ p ’ 640 mmHg Portanto a diferença de pressão será: ∆ p 760 640 ⇒ ∆ p 120 mmHg A altitude correspondente será: H 1.200 m.
P.120 A evaporação da água diminui a temperatura do bulbo superior, e o vapor de álcool que está em contato com o bulbo se condensa. Assim, diminui a pressão máxima do vapor de álcool contido no bulbo superior, o que faz com que o álcool suba no tubo, mantendo-se invariável a pressão na superfície do álcool no bulbo inferior.
P.121 a) Os procedimentos descritos buscam intensificar o fenômeno da evaporação da água, porque a velocidade de evaporação do líquido é diretamente proporcio- nal à sua área exposta ao ar. b) Como A 1,0 m 2 ; e 0,50 mm 0,50 10 ^3 m; d 1.000 kg/m^3 , então o volume de água que se evapora é dado por: V Ae ⇒ V 1,0 0,50 10 ^3 ⇒ V 0,50 10 ^3 m^3 A massa correspondente é: m dV ⇒ m 1.000 0,50 10 ^3 ⇒ m 0,50 kg Sendo L V 2.300 kJ/kg, a quantidade de calor absorvida pela água ao se evaporar vale:
Q mL V ⇒ Q 0,5 2.300 ⇒ Q 1.150 kJ Essa energia é retirada de nosso corpo e, por isso, temos a sensação de frio.
Exercícios propostos
P.122 a) Gelo seco: m 0,10 kg 100 g; θ 0 78 °C; L S 134 cal/g; c 0,20 cal/g °C Gelo comum: m ’ 1.000 g; θ 0 ’ 10 °C; c ’ 0,50 cal/g °C Graficamente, temos: θ (°C)
θ
10
0
78
Gelo (Q 1 )
Sublimação (Q 2 )
Tempo
Valor de gelo seco (CO 2 ) (Q 3 )
Q 1 m ’ c ’ ∆θ’ ⇒ Q 1 1.000 0,50 (θ 10) ⇒ Q 1 500 θ 5. Q 2 mL S ⇒ Q 2 100 134 ⇒ Q 2 13.400 cal Q 3 mc ∆θ ⇒ Q 3 100 0,20 (θ 78) ⇒ Q 3 20 θ 1. Q 1 Q 2 Q 3 0 ⇒ 500 θ 5.000 13.400 20 θ 1.560 0 ⇒
⇒ 520 θ 19.960 ⇒ θ 38,4 °C
b) No equilíbrio térmico, teremos 1,0 kg de gelo comum a 38,4 °C e 0,10 kg de vapor de gelo seco (CO 2 ) a 38,4 °C.
