F2. Propriedades Térmicas da
Matéria (Módulo 9)
EXERCÍCIOS
Capítulo 18 do livro
1. Um recipiente cilíndrico
vazio de 1,3 m de comprimento e 88 cm de diâmetro deve ser cheio com oxigênio
puro a 21,0 °C para abastecer uma estação espacial. Para armazenar a máxima
quantidade possível de gás, a pressão absoluta do oxigênio deve ser 20,0 atm. A
massa molar do oxigênio é 32,0 g/mol. Quantos quilogramas de oxigênio cabem nesse recipiente? Considere
π=3,14 e R=8,314J/mol.K.
A resposta correta é: 21,0.
2. Fugindo de caçadores de
recompensa, Han Solo e Chewbacca perderam-se na floresta do planeta Kashyyy, e
tiveram que passar a noite escondidos. Durante a noite, Chewbacca revelou-se um
grande amante de chá, porém seu maçarico de plasma possuía apenas 148 kJ de
energia restante. Quantos litros de chá (Cp = 4,18 kJ/kg⋅K, ρ = 1 g/cm3) Chewbacca poderia preparar e desfrutar com seu amigo?
Considere que o planeta possui a mesma atmosfera terrestre e que naquela noite
faziam agradáveis 23 ºC, além disso lembre-se que para preparar o chá é
necessário aquecer o líquido até 100 ºC.
A resposta correta é: 0,460.
3. Calcule a velocidade mais
provável das moléculas de um gás ideal cuja massa molar é de 26,7 g/mol, à
temperatura de 37 ºC.
Dados: R = 8,314 J/mol.K, k
= 1.38×10−23 J/K, NA=6.022×1023 partículas por mol.
A resposta correta é: 439.
4. Um tubo de mergulho
"vazio" tem 12 L de ar a 1 atm (1.013×105 Pa) e está a 20
ºC. Quando o tubo é enchido pelo compressor, a temperatura se eleva a 42 ºC e a
pressão de gauge é 2,14 ×107 Pa. Qual foi a massa de ar, em kg,
injetada no tubo?
Para este problema,
considere o ar como um gás ideal com massa molar 0,0288 kg/mol. O volume do
tubo pode ser considerado constante. A constante dos gases ideais é R=8.314
J/mol.K.
A resposta correta é: 2,81.
5. Um tanque metálico com
volume de 19,0 L deve estourar quando a pressão absoluta do ar em seu interior
superar 100 atm. Se 9,9 moles de um gás ideal forem colocados no tanque a uma
temperatura de 23 °C, até que temperatura o tanque pode ser aquecido antes que
ele se rompa (em K)? Despreze a dilatação térmica do tanque.
A resposta correta é: 2338.
6. Em um plasma (gás
ionizado) pode-se considerar que íons e elétrons como duas espécies de gás
separados. Com um instrumento mediu-se que a velocidade RMS dos íons era de 4,2
km/s e dos elétrons era de 163 km/s. Considerando que os íons são de Argônio (M
= 40 g/mol) e que a massa molar do elétron é de 5,48×10−4g/mol ,
calcule a razão entre a temperatura dos íons e dos elétrons.
A resposta correta é: 48,5.
7. Um automóvel possui motor
com 8 cilindros. No início do tempo da compressão, um dos cilindros contém
301,3 cm3 de ar sob pressão de uma atmosfera (1,01∗105 Pa) e temperatura igual a 26,2 °C. No final do tempo de
compressão, o ar foi reduzido até um volume igual a 43,1 cm3 e a pressão manométrica
cresceu em 3,1 ∗106 Pa. Calcule a
temperatura final (em kelvins).
A resposta correta é: 1356.
8. Durante a realização de
um teste em 1939, antes de ser aceito pela Marinha dos Estados Unidos, o
submarino Squalus afundou onde a profundidade das águas era 52,3 m. A
temperatura na superfície era 27 °C, e no fundo era 5,2 °C. A densidade da água
do mar é 1030 kg/m3. Um sino de mergulho foi usado para o resgate
dos 33 tripulantes presos no interior do Squalus. O sino de mergulho possuía a
forma de um cilindro com 3,2 m de altura, aberto em sua extremidade inferior e
fechado no topo. Quando o sino de mergulho chegou ao fundo do mar, até que
altura a água do mar subiu no interior do sino de mergulho?
A resposta correta é: 2,72.
9. Calcule a pressão, em
unidades de kPa, de 1 moles de um gás de van der Waals com constantes a=0,391J.m3/mol2
e b = 4,26x10-5 m3/mol, ocupando um volume de 34,7 litros
à temperatura de 292 K. Dado: R = 8.314 J/mol.K.
A resposta correta é: 70.
10. Você aquece 1,0 kg de
água a volume constante de 1,0 L de 20 °C até 30 °C em uma chaleira. Usando-se
a mesma quantidade de calor, uma certa massa de sofreria a mesma variação de
temperatura. Que volume (em m³) esse ar ocuparia a 22,2 °C e a uma pressão de
1,8 atm? Suponha, de modo simplificado, que o ar seja totalmente constituído
por N2.
A resposta correta é: 2,72.
11. Encontre a pressão
atmosférica, em atmosferas, à altitude de 4,82 kilômetros acima do nível do
mar.
Considere a temperatura de T
= 9 ºC e a aceleração gravitacional g=9.80m/s2, ambas constantes em
qualquer altitude; o ar atmosférico como um gás ideal de massa molar M=28.8×10−3
kg/mol; e a pressão atmosférica ao nível do mar p0=1.013×105
Pa. Ainda, R = 8.314 J/mol.K.
A resposta correta é: 0,56.
12. As condições normais de
temperatura e pressão (CNTP) são uma temperatura de 0 °C e uma pressão de 1,0
atm. Para uma cientista em Vênus, uma pressão absoluta de uma atmosfera
venusiana é igual a 89,2 atmosferas terrestres. Obviamente, ela usará a
atmosfera venusiana para definir as CNTP. Supondo que ela conserve o mesmo
valor para a temperatura, quantos litros um mol de um gás ideal ocuparia em
Vênus?
A resposta correta é: 0,251.
13. Dentre dois recipientes
idênticos, um contém o gás A e o outro, o gás B. As massas das moléculas desses
gases são mA = 2,70 ×10−27 kg e mB = 6,48 ×10−26
kg. Ambos os gases estão à mesma pressão e a 19,3 °C. Você deseja elevar a
temperatura de apenas um desses recipientes, de modo que ambos os gases tenham
a mesma velocidade quadrática média. Em que temperatura (°C) você irá atingir o
seu objetivo? (OBS: para a conversão entre graus °C e K use Tk=Tc+273)
A resposta correta é: 6742.
14. Num motor de automóvel,
uma mistura de ar e gasolina vaporizada é comprimida dentro do cilindro, antes
de ser queimada. Se o volume do cilindro é reduzido para 1 / 9,6 do volume
inicial (taxa de compressão 9,6:1), a pressão da mistura aumentada de 1 atm
para 21,8 atm (valores típicos) e sua temperatura inicial é de 36 ºC, qual é a
temperatura (em ºC) da mistura comprimida, antes da ignição?
Para este problema,
considere a mistura como um gás ideal.
A resposta correta é: 429.
15. Calcule a energia
cinética translacional aleatória total de 4,2 L de hidrogênio gasoso (massa
molar igual a 2,016 g/mol), com uma pressão de 135547,43 Pa e a uma temperatura
de 479,9 K. Se o tanque que contém o gás é colocado em um avião viajando a uma
velocidade de 300,0 m/s, qual é a porcentagem de aumento da energia cinética
total do gás?
A resposta correta é: 1,52.
16. Durante uma expedição, o
capitão Kirk e seu fiel companheiro Spock, encontraram uma vila de uma espécie
que afirmava possuir um material que independente da temperatura que ele era
exposto ele permanecia sempre a 12 ºC. Intrigado com o material extraordinário
e com sua curiosidade científica implacável, Spock recolheu uma amostra de
787,6 g do material para estudar. Em um ambiente controlado ele aplicou um
pulso de plasma de 94,0 kJ e conseguiu detectar com alguns instrumentos da USS
Enterprise uma variação de 1,9⋅10−7 K. Compreendendo melhor
a situação Spock concluiu que o material possuía apenas um enorme calor específico.
Qual o calor específico do material em J/kg°C? Divida seu resultado por 1010.
A resposta correta é: 62,8.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS
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