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Termologia III - Parte 2
ESTUDO DIRIGIDO
Para os exercícios abaixo, você pode usar esta tabela:
1. Determine a quantidade de calor necessária, em cada caso:
Dica: Neste exercício, você vai trabalhar a quantidade de calor nos momentos de mudança de fase. Lembre-se: Q = mL, sendo m a massa em gramas, e L o calor latente no momento que pede.
Lembre-se ainda: o calor latente L da mudança de fase da solidificação (processo inverso da fusão) é o mesmo calor latente da fusão; e o calor latente L da mudança de fase da liquefação (processo inverso da ebulição/vaporização) é o mesmo calor latente da vaporização. Nesses casos, há uma "perda" de calor, portanto o sinal é negativo.
a) vaporizar 200g de água. Dica: Use Q = mL, sendo m a massa, e L o calor latente de vaporização da água.
b) fundir 500g de água.
c) liquefazer 350g de mercúrio. Dica: O calor latente para liquefazer o mercúrio (transformar em líquido), é o mesmo calor latente para vaporizar. Porém é o processo inverso, e o sinal fica negativo.
d) solidificar 1,5kg de alumínio. Dica: O calor latente para solidificar o alumínio (está "derretido", e quer transformar em sólido), é o mesmo calor
latente para fundí-lo. Porém é o processo inverso, e o sinal fica
negativo.
2. Qual a quantidade de calor necessária para transformar 100g de gelo a -20 °C em vapor d’água a 120 °C?
Dados:
calor específico do gelo: c = 0,5 cal/g°C;
calor específico da água: c = 1,0 cal/g°C;
calor latente de fusão: L = 80 cal/g
calor latente de vaporização: L = 540 cal/g
Dica: Você vai pegar uma pedra de gelo, e transformar em vapor. Nesse caso, vai passar por 5 etapas:
Na etapa 1, o gelo é sólido de -20 °C até 0 °C. Nesse caso há variação de temperatura (de -20 a 0 variou quanto?); portanto, usamos a fórmula que “usa” a variação de temperatura (∆ϴ): Q = m.c.∆ϴ, sendo m a massa em gramas; c o calor específico nesta fase, ou seja, do gelo.
Na etapa 2, o gelo entra na etapa de mudança de fase: fusão. Não há variação de temperatura na mudança de fase. Portanto, usamos a fórmula que não depende da temperatura: Q = mL, sendo m a massa, e L o calor latente nessa etapa, ou seja, calor latente de fusão.
Na etapa 3, agora o gelo virou líquido à 0 °C. E vai ser líquido até 100 °C. Ou seja, vai ser líquido variando a temperatura de 0 °C à 100 °C. Usamos então a fórmula que depende da ∆ϴ novamente:
Q = m.c.∆ϴ; PORÉM, agora, usaremos outro calor específico! O calor específico correspondente à água (estado líquido).
Na etapa 4, o gelo entra em outra etapa de mudança de fase: vaporização. Não há variação de temperatura na mudança de fase. Portanto usamos a fórmula que não depende da temperatura:
Q = mL, sendo m a massa, e L o calor latente nessa etapa, ou seja, calor latente de vaporização.
Na etapa 5, agora, o que era água, virou gás à 100 °C. E vai ser gás até 120 °C (que é a temperatura máxima que o problema quer considerar). Ou seja, vai ser gás variando a temperatura de 100 °C à 120 °C. Usamos então a fórmula que depende de ∆ϴ novamente: Q = m.c.∆ϴ; PORÉM, agora, usaremos outro calor específico! O calor específico correspondente à ebulição/vapor.
Em cada etapa, você calculou a quantidade de caloria necessária para ele mudar de fase, etapa por etapa: estava sólido, entrou na fusão, e virou líquido, que posteriormente, entrou na vaporização, e finalmente virou gasoso. Daí, portanto, para saber a quantidade de calor para transformar 100g de gelo de -20 °C em vapor a 120 °C, basta somar a quantidade de caloria calculada em cada etapa.
3. Qual a quantidade de calor necessária para transformar 500g de água a 50 °C em vapor d'água a 110 °C?
Dados:
calor específico da água: C = 1 cal/g°C
calor específico do vapor: C = 1 cal/g°C
calor latente de vaporização da água: L = 540 cal/g
Dica: Você tem água, e quer transformar em gás. Nesse caso, vai passar por 3 etapas:
Em cada uma das 3 etapas, pense em qual fórmula usar: Q = mc∆ϴ ou Q = mL, lembrando que uma considera a variação de temperatura (∆ϴ) e a outra não; e pense qual calor específico usar em cada etapa, e qual o calor latente usar na etapa.
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