Universidade de São Paulo - University of São Paulo



4300112 Física II

2o Semestre de 2012

Lista de Exercícios 1

Lei Zero e Primeira Lei da termodinâmica.

(26 e 27 cap17-Tippler) A velocidade de escape na superfície de Marte é 5,0 km/s e a temperatura superficial típica é 00C. Calcule as velocidades rms de H2, O2 e CO2 nessa temperatura. Com base nisso determine se é possível encontrar esses gases na superfície de Marte. E em Júpiter cuja velocidade de escape é 60km/s e a temperatura na superfície é -1500C.

(7 cap-11 Moyses) A temperatura da Lua chega a atingir 1270C. Calcule a velocidade quadrática média do hidrogênio molecular a essa temperatura e compare-a com a velocidade de escape da superfície da Lua. Que conclusão pode ser tirada dessa comparação?

A lei de Avogadro estabelece que, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais

de diferentes gases contém o mesmo número de moléculas. Como essa lei pode ser explicada pela teoria cinética?

(9 cap-11 do Moyses) Jean Perrin é um físico-químico francês, que ficou famoso por realizar, em 1908, experiências que confirmaram as previsões de Einstein para o movimento browniano e determinaram com precisão o número de Avogadro. Considere uma partícula esférica de 0,5 mm de raio e densidade 1,2 g/cm3, como as que foram utilizadas por Jean Perrin. Uma tal partícula, em suspensão num líquido, adquire um movimento de agitação térmica que satisfaz à lei de equipartição de energia. De acordo com essa lei, qual seria a velocidade quadrática média da partícula em suspensão à temperatura de 27oC?

(1 cap-11 do Moyses) Um feixe molecular de oxigênio contendo 1010 moléculas/cm3 de velocidade média 500m/s incide sobre uma placa segundo um ângulo de 30º com a normal a placa. Calcule a pressão exercida pelo feixe sobre a placa, supondo as colisões perfeitamente elásticas.

(31 cap17- Tippler) O comprimento da coluna de mercúrio de um termômetro é de 4,0 cm quando o termômetro está em equilíbrio no ponto de gelo e 24,0 cm quando o termômetro está em equilíbrio no ponto de vapor. (a) Qual deveria ser o comprimento da coluna quando a temperatura ambiente for de 22,00C? Se o comprimento da coluna de mercúrio for de 25,4 cm quando o termômetro estiver imerso em uma solução química, qual será a temperatura da solução?

(37 cap17-Tippler) A que temperatura as escalas Fahrenheit e Celsius dão a mesma temperatura?

(40 cap17-Tippler) Na escala de temperatura Reaumur, o ponto de fusão do gelo é 00R e o ponto de ebulição da água é 800R. Deduza as expressões para converter as temperaturas que estão na escala Reaumur para as escalas Celsius e Fahrenheit.

(42 cap17-Tippler) Um gás é mantido a pressão constante. Se a sua temperatura for alterada de 50 para 1000C, de que fator muda o volume?

(44 cap17-Tippler) Uma pressão tão baixa quando 1x10-8 torr pode ser alcançada utilizando-se uma bomba de difusão a óleo. Quantas moléculas estão em 1 cm3 do gás nessa pressão, se sua temperatura for de 300K?

(4 cap-11-Moyses) Calcule o número médio de moléculas por cm3 e o espaçamento médio entre as moléculas em água líquida, em vapor de água a 1atm e 100oC (considere como gás ideal). Calcule o caminho livre médio.

(46 cap17-Tippler) Um motorista enche os pneus do carro a uma pressão monométrica de 180kPa, em um dia que a temperatura é de -8,00C. Quando chega ao seu destino, a pressão nos pneus aumentou para 245kPa. Qual a temperatura dos pneus, admitindo-se que (a) os pneus não se expandem ou (b) os pneus se expandem de 7%?

(67 cap17) (a) Se 1 mol de um gás em um recipiente ocupa o volume de 10L à pressão de 1 atm, qual a temperatura do gás em kelvins ? (b) Considere que o recipiente é provido de um pistão que permite a alteração do volume. Quando o gás é aquecido à pressão constante, ele se expande atingindo o volume de 20L. Qual a temperatura do gás em kelvins? (c) Se o volume do gás for fixo e igual a 20L, e o gás for aquecido a volume constante até a temperatura de 350K, qual será sua pressão?

(75 cap17) Um balão experimental contém hidrogênio (H2) a uma temperatura de 300K e à pressão de 1 atm (1,01x105Pa). (a) Calcule o livre caminho médio de uma molécula de hidrogênio. Considere que uma molécula é efetivamente esférica, com um diâmetro médio de 1,6x10-10m. (b) Calcule o volume disponível por molécula (V/N) e determine a distância média entre cada molécula e sua vizinha mais próxima (cerca da raiz cúbica do volume disponível). Qual é maior, o livre caminho médio ou a distância média entre as moléculas vizinhas.

(76 cap17) Um cilindro de 2,4 m de altura está cheio com 0,1 mol de um gás ideal nas condições normais de temperatura e pressão. O topo do cilindro é então selado com um pistão, cuja massa é 1,4kg. O pistão desce até ficar em equilíbrio. (a) Calcule a altura do pistão, admitindo-se que a temperatura do gás não se altera durante a compressão. (b) Suponha que o pistão seja empurrado ligeiramente para baixo, além da sua posição de equilíbrio, e que então seja liberado. Admitindo que a temperatura do gás permanece constante, determine a frequência de vibração do pistão.

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