Termodinâmica - Prof. Renato Pugliese Tecnologia em Soldagem 2º

Termodinâmica - Prof. Renato Pugliese
Tecnologia em Soldagem
2º semestre de 2015
Prova 1 – Setembro
Nome: ________________________________________________________________ Matr.: _____________
ATENÇÃO: Resolva apenas 4 questões, à sua escolha, das 5 sugeridas. Antes de entregar a avaliação
resolvida, preencha abaixo qual questão você DISPENSOU. Caso você resolva as 5 questões, apenas as 4
primeiras serão corrigidas.
Você DISPENSOU a questão:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Formulário
Tc−0
Tf −32
Tk −273
=
=
100−0 212−32 373−273
Δl = li.α.ΔT
ΔS = Si.β.ΔT
ΔV = Vi.γ.ΔT
β = 2.α
γ = 3.α
QS = m.c.ΔT
QL = m.L
QRecebido + QCedido = 0 (equilíbrio)
1. (2,5) No último dia 15/09, terça-feira, a mínima temperatura registrada em São Paulo foi de 14ºC e a máxima
de 27ºC, ocasionando uma variação ΔT de 13ºC para mais (pela manhã até às 15h) e para menos (da tarde até
às 3h do dia seguinte, alcançando novamente 14ºC.
a) (1,5) Calcule os valores de Tmín e Tmáx em ºF e em K (os cálculos devem ser apresentados);
De ºC para ºF
TCmín/100 = (TFmín – 32)/180 →
14/100 = (TFmín – 32)/180
→ TFmín = 57,2 ºF
TCmáx/100 = (TFmáx – 32)/180 →
27/100 = (TFmáx – 32)/180
→ TFmáx = 80,6 ºF
TCmín/100 = (TKmín – 273)/100
→
14 = TKmín – 273
→ TKmín = 287 K
TCmáx/100 = (TKmáx – 273)/100
→
27 = TKmáx – 273
→ TKmáx = 300 K
De ºC para K
b) (1,0) Calcule a variação de temperatura em ºF e K;
ΔTC/100 = ΔTF/180 →
13/100 = ΔTF/180
ΔTC = ΔTK
ΔTK = 13 K
→
→ ΔTF = 23,4 ºF
2. (2,5) Uma barra feita de uma liga metálica tem um comprimento de 10,000 cm a 20,0 ºC e um comprimento
de 10,015 cm no ponto de ebulição da água, considerado a 100,0 ºC.
a) (1,0) Qual é o coeficiente de dilatação linear α desta liga metálica?
Δl = li.α.ΔT
→
α = Δl/(li.ΔT) = 0,015/(10,000.80) = 1,875.10-5 ºC-1
b) (1,0) Qual é o comprimento da barra no ponto de congelamento da água?
Comparando entre 20ºC e 0ºC:
Δl = li.α.ΔT → lf - li = li.α.ΔT
→ lf = 10,000 + 10,000.1,875.10-5.(-20) = 9,9963 cm
c) (0,5) Em qual temperatura a barra terá comprimento de 10,009 cm?
Comparando a 20º e a Tf requerida:
Δl = li.α.ΔT →
0,009 = 10,000.1,875.10-5.(Tf – 20) →
Tf = 0,01275/0,0001875 = 68 ºC
3. (2,5) Uma boa garrafa térmica funciona quase como um calorímetro ideal, pois evita todas as possibilidades
de troca de calor com a vizinhança, mantendo o que está mais frio que o ambiente em sua temperatura baixa e o
que está mais quente que o ambiente em sua temperatura alta, ou seja, é um ótimo isolante térmico. Ela impede
que haja trocas de calor entre o material que está colocado internamente e o ambiente externo.
a) (1,5) Explique quais são as três possíveis formas de se trocar calor para qualquer corpo material.
Condução: troca de calor via choque entre partículas (na teoria cinético molecular) constituintes
de corpos em diferentes temperaturas;
Convecção: troca de calor internamente em fluidos que contenham entre suas partes constituintes
diferentes temperaturas, proporcionando movimento (correntes de convecção) motivado pela
diferença de densidade;
Irradiação: troca de calor via emissão ou absorção de ondas eletromagnéticas (infravermelho)
com comprimento de onda da ordem das micro-ondas.
b) (1,0) Como a garrafa térmica evita essas trocas de calor?
Evita a condução por conter uma camada de ar ou vácuo entre o interior e o exterior; evita a
convecção por conter uma vedação boa em sua tampa, evitando circulação de ar quente/frio; e
evita a perda ou absorção de radiação por ter suas paredes interiores espelhadas.
4. (2,5) Uma garrafa térmica contém 130 cm³ de café a 80,0 ºC. Um cubo de gelo de 12,0 g à temperatura de
fusão é usado para esfriar o café. De quantos graus o café esfria depois que todo o gelo derrete e o equilíbrio
térmico é atingido? (trate o café como se fosse água pura, com densidade de 1,0 g/cm³ e calor específico c = 1,0
cal/g.ºC. Considere também que o calor latente de fusão do gelo é de Lf = 80,0 cal/g).
Para atingir o equilíbrio térmico, o gelo recebe parte do calor (latente) para derreter e depois mais
calor (sensível) para esquentar, já como água líquida. O café cede calor para resfriar, de tal modo
que:
QRecebido(gelo+água) + QCedido(café) = 0
m.Lf + m.c.ΔT + m.c.ΔT = 0
12.80 + 12.1.(Tf – 0) + 130.1.(Tf – 80) = 0 →
Tf = 10040/142 = 70,7 ºC
5. (2,5) Em cada alternativa, assinale a opção que considera correta (apenas uma é correta).
a) (0,5) Sobre escalas de temperatura, podemos afirmar que:
(
) as escalas Celsius e Fahrenheit supunham, em suas construções, valores de mínima e de máxima
temperatura possíveis na natureza.
( X ) a escala Kelvin considera que há uma temperatura mínima possível na natureza, o chamado zero
absoluto, com valor próximo de – 273 ºC.
(
) na escala Fahrenheit a temperatura do corpo humano está em torno de 0.
b) (1,0) Sobre a dilatação de materiais, podemos afirmar que:
(
) os sólidos sofrem uma dilatação muito maior do que a dos líquidos, relativamente e em média, mas com
relação à sua compressão a lógica se inverte.
( X ) praticamente todos os tipos de gases sofrem uma dilatação relativa igual, visto que a interação entre suas
moléculas é quase nula.
(
) a dilatação de materiais líquidos representa a única dilatação possível, visto que os sólidos não têm suas
dimensões variadas na prática, nem tampouco os gases.
c) (1,0) Sobre calorimetria, podemos afirmar que:
(
) só é possível haver trocas de calor entre dois corpos quando eles estão em contato físico direto.
(
) um corpo que está numa temperatura muito acima da temperatura ambiente, se for colocado num
recipiente de vidro evacuado (sem ar, com pressão tendendo a zero) manterá o valor de sua temperatura por
todo o tempo.
( X ) dois ou mais corpos podem trocar calor entre si mesmo estando a milhões de quilômetros de distância.