Supondo que a densidade do gás no estado b seja de 1 2 g l qual será sua densidade no estado C

1. Para que valores aproximados de pressão e temperatura um gás real se aproxima de um gás ideal? Pesquise o que é CNPT para escrever sua resposta.

Resposta: p = 1 atm e V = 22,4 L

2. Desenhe no caderno um gráfico p × V de um gás numa transformação isotérmica (expansão ou compressão). Atribua valores para as variáveis de estado, verificando a relação pA VA = pB VB.

Resposta no final do livro.

3. Um gás ideal a 25 °C e pressão 0,8 atm é comprimido isotermicamente até que seu volume seja 4/5 do volume inicial. Calcule a pressão final do gás.

Resposta: 1 atm

4. Abaixo é mostrado o comportamento de um gás ideal que sofre uma expansão.

Tabela: equivalente textual a seguir.

b) Construa o gráfico p × V.

c) Qual é o valor de p quando V = 10 L?

Respostas no final do livro.

5. Uma determinada massa gasosa sofre um processo isotérmico em que é levado do estado A ao estado D , conforme ilustra o diagrama p × V.

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

a) Qual o valor da pressão no estado B?

Resposta: 8 atm

b) Supondo que a densidade do gás no estado B seja de 1,2 g/L, qual será sua densidade no estado C?

Resposta: 0,9 g/L

Page 2

3ª edição

São Paulo - 2016

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Copyright © José Roberto Bonjorno, Clinton Marcico Ramos, Eduardo de Pinho Prado, Valter Bonjorno, Renato Casemiro, Regina de Fátima Souza Azenha Bonjorno, Mariza Azzolini Bonjorno

Diretor editorial: Lauri Cericato

Gerente editorial: Flávia Renata P. A. Fugita

Editora: Cibeli de Oliveira Chibante Bueno

Editores assistentes: Yara Valeri Navas, Eduardo Oliveira Guaitoli

Assessoria: Paula Feijó de Medeiros

Gerente de produção editorial: Mariana Milani

Coordenador de produção editorial: Marcelo Henrique Ferreira Fontes

Coordenadora de arte: Daniela Máximo

Projeto gráfico: Aurélio Camilo e Eduardo Benetorio

Projeto de capa: Bruno Attili

Foto de capa: Thais Falcão/Olho do Falcão

Modelos da capa: Andrei Lopes, Angélica Souza, Beatriz Raielle, Bruna Soares, Bruno Guedes, Caio Freitas, Denis Wiltemburg, Eloá Souza, Jardo Gomes, Karina Farias, Karoline Vicente, Letícia Silva, Lilith Moreira, Maria Eduarda Ferreira, Rafael Souza, Tarik Abdo, Thaís Souza

Page 3

- Qual piso apresenta menor temperatura, o tapete ou o azulejo?

CRÉDITO: Irene Araújo

Resposta: Impossível saber, uma vez que as sensações térmicas de cada um dos pés serão diferentes. É possível que ambos estejam à mesma temperatura.

Fim do complemento.

O conceito de temperatura está intimamente relacionado à constituição da matéria. Segundo o modelo cinético molecular, todos os corpos são compostos por moléculas, a menor parte da matéria com as mesmas propriedades químicas. Essas moléculas estão permanentemente em movimento desordenado e, quando próximas, interagem entre si.

Dependendo da fase (sólida, líquida ou gasosa), as moléculas estão mais próximas ou mais distantes e apresentam diferentes formas de organização. Como estão em movimento, possuem energia cinética, e essa energia está relacionada à temperatura. Quanto maior a energia cinética média das moléculas (pois nem todas têm a mesma energia), maior a temperatura do objeto. A temperatura, portanto, é um indicador da energia cinética média das moléculas de um corpo. Além da energia cinética (rotacional, vibracional e translacional, sendo a última diretamente ligada à temperatura), as moléculas também têm uma energia potencial que está associada às interações entre elas. A energia total, cinética mais potencial, é denominada energia interna.

13

Boxe complementar:

Page 4

- Suponha que você esteja no litoral, precise medir a temperatura de uma pessoa que você suspeita estar com febre e o termômetro disponível está com a numeração apagada e não permite a leitura. Na casa em que você está tem fogão e geladeira com freezer. Qual será seu procedimento para graduar o termômetro, de acordo com a escala Celsius?

Resposta: Primeiro é necessário determinar os dois pontos fixos. Coloca-se o bulbo do termômetro em uma vasilha com gelo derretendo, espera-se atingir o equilíbrio e marca-se o zero. Depois, coloca-se o bulbo próximo à água em ebulição, espera-se atingir o equilíbrio e marca-se o ponto 100. Divide-se em 100 partes iguais o espaço entre 0 e 100 e, assim, obtém-se um termômetro calibrado.

Fim do complemento.

18

Boxe complementar:

Page 5

Boxe complementar:

PENSANDO AS CIÊNCIAS: Física e Nutrição

Tabela nutricional

Você já deve ter reparado, nas embalagens de alimentos, uma tabela nutricional. Em Nutrição, utiliza-se o termo Caloria (com letra maiúscula) para quantificar o calor energético dos alimentos; no entanto, esse termo corresponde a 1.000 vezes o valor da unidade caloria utilizada em Física, isto é, 1 Cal corresponde a 1.000 cal.

LEGENDA: Exemplo de tabela nutricional: além das calorias, ela também mostra a quantidade de proteínas, gorduras totais e fibra alimentar.

CRÉDITO: Daniel Cymbalista/Pulsar

Tabela: equivalente textual a seguir.

Page 6

Em uma usina nuclear, não de forma direta, a energia térmica das reações nucleares pode aquecer a água que vai girar as turbinas na produção da energia elétrica.

CRÉDITO: Kristoffer Tripplaar/ Alamy/Latinstock

Energia térmica em energia radiante

No filamento de uma lâmpada incandescente, a energia elétrica aquece o tungstênio a ponto de torná-lo um emissor de luz.

CRÉDITO: Feng Yu/Alamy/Latinstock

Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA

NÃO ESCREVA NO LIVRO

- Durante o carregamento da bateria do telefone celular na tomada da rede elétrica, percebemos um ligeiro aquecimento do aparelho. Por que isso acontece?

Resposta: A energia elétrica encontra resistências elétricas ao carregar o celular e uma parte dessa energia se transforma em calor, aquecendo o aparelho.

Fim do complemento.

27

Boxe complementar:

Page 7

Consideremos, por exemplo, uma xícara na qual despejamos chá quente. Apesar de apenas a superfície interna da xícara estar em contato direto com o chá aquecido, toda ela estará quente após alguns instantes.

LEGENDA: Ao ser preenchida por um líquido quente, o aquecimento da xícara ocorre pelo processo de condução.

CRÉDITO: Photodisc/Getty Images

Isso acontece porque, quando o chá quente entra em contato com a parte interna da xícara, as moléculas dessa região adquirem mais energia por causa do calor cedido pelo chá. A energia acrescentada faz essas moléculas vibrarem com maior amplitude, transmitindo essa vibração às moléculas mais próximas a elas, que também passam a vibrar com amplitudes maiores, e assim sucessivamente. Veja o esquema abaixo.

CRÉDITO: Editoria de Arte

O choque entre as moléculas se propaga por toda a extensão da xícara, resultando no aquecimento da região que não estava em contato direto com a fonte de calor.

Desse modo, a energia se propaga de molécula em molécula da xícara, do interior para o exterior. Apesar de toda a xícara ficar aquecida após alguns instantes, a sua temperatura não será a mesma em todas as partes, diminuindo gradativamente da parte interior para a exterior.

O mesmo ocorre na panela com água sobre a chama do fogão. O calor se propaga para toda a panela e seu cabo fica aquecido. Essa forma de troca de calor é denominada condução

A condução é o principal processo de troca de calor em meios sólidos. Nesse processo a energia passa de molécula em molécula sem ocorrência de deslocamento de matéria.

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Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA

Page 8

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

NÃO ESCREVA NO LIVRO

9. Qual é a principal diferença entre a propagação de calor por condução e por convecção?

Resposta: Na condução térmica não há transferência de matéria, pois os átomos vibram em torno de um ponto de equilíbrio, transferindo essa vibração para os átomos vizinhos. Na convecção ocorre deslocamento de matéria, por causa da diferença de densidade.

10.Em alguns refrigeradores o congelador fica localizado na parte superior do eletrodoméstico. Por que isso acontece?

CRÉDITO: Tomasz Trojanowski/Shutterstock.com

Resposta: Nos refrigeradores em que o congelador fica localizado na parte superior, o ar que subiu (portanto, mais quente), ao entrar em contato com o congelador, resfria, tornando-se mais denso, e desce, provocando, assim, a subida de ar mais quente e menos denso. As prateleiras vazadas facilitam a circulação das correntes de convecção.

11.Observe a foto abaixo. Por que você consegue manter a mão ao lado da chama de uma vela sem se queimar, mas não consegue mantê-la acima da chama?

CRÉDITO: Zadiraka Evgenii/ Shutterstock.com

Resposta: O calor é transportado para cima pela convecção do ar. Sendo o ar mau condutor de calor, pouco calor é transmitido para as laterais da chama.

12. Em dias frios os pássaros costumam eriçar suas penas. Por que isso ocorre e qual o processo de troca de calor que está ocorrendo?

Resposta: Ao eriçar as penas, acumula ar entre elas, constituindo um bom isolante térmico. O processo de troca de calor é a convecção.

13. O processo de propagação de calor por condução ocorre com transferência de matéria? Explique.

Resposta: Na condução térmica, não há transferência de matéria, pois o átomos vibram em torno de um ponto de equilíbrio, transferindo essa vibração para os átomos vizinhos.

14. Por que a chaminé de uma churrasqueira não expele a fumaça logo quando se acende o fogo?

Resposta: Imediatamente após acender o fogo, as correntes de convecção não se formaram ainda, então a fumaça não é conduzida para a parte superior da chaminé.

15. (Enem/MEC) Numa área de praia, a brisa marítima é uma consequência da diferença no tempo de aquecimento do solo e da água, apesar de ambos estarem submetidos às mesmas condições de irradiação solar. No local (solo) que se aquece mais rapidamente, o ar fica mais quente e sobe, deixando uma área de baixa pressão, provocando o deslocamento do ar da superfície que está mais fria (mar).

À noite, ocorre um processo inverso ao que se verifica durante o dia

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Luis Moura

Como a água leva mais tempo para esquentar (de dia), mas também leva mais tempo para esfriar (à noite), o fenômeno noturno (brisa terrestre) pode ser explicado da seguinte maneira:

a) O ar que está sobre a água se aquece mais; ao subir, deixa uma área de baixa pressão, causando um deslocamento de ar do continente para o mar.

b) O ar mais quente desce e se desloca do continente para a água, a qual não conseguiu reter calor durante o dia.

c) O ar que está sobre o mar se esfria e dissolve-se na água; forma-se, assim, um centro de baixa pressão, que atrai o ar quente do continente.

d) O ar que está sobre a água se esfria, criando um centro de alta pressão que atrai massas de ar continental.

e) O ar sobre o solo, mais quente, é deslocado para o mar, equilibrando a baixa temperatura do ar que está sobre o mar.

Resposta correta: a.

Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA

Page 9

1. Que outro nome possui o dióxido de carbono?

Resposta: Gás carbônico.

2. Além das indústrias e da agricultura, com qual outra fonte poluidora se preocupam os ambientalistas?

Resposta: Carros movidos a queima de combustível fóssil, pecuária.

Fim do complemento.

42

EXPERIMENTO

Latas ao sol

Quando a radiação térmica incide sobre a superfície de um corpo, parte dela é refletida e parte é absorvida, causando no corpo a elevação da temperatura. As parcelas de energia refletida e absorvida, no entanto, não são iguais para todos os corpos. Existem corpos que refletem mais e absorvem menos energia e vice-versa. O que determina esse comportamento?

Para entender, vamos fazer o experimento a seguir.

Material

✓ 1 lata de refrigerante vazia pintada de branco

✓ 1 lata de refrigerante vazia recoberta com papel-alumínio

✓ 3 termômetros

✓ 1 placa de isopor

✓ água da torneira

Procedimento

1) Introduza os termômetros em cada uma das latinhas, enchendo-as, a seguir, com água da torneira.

2) Aguarde cerca de dois minutos para que os termômetros se equilibrem termicamente e anote as indicações de suas temperaturas.

3) Exponha agora as latas ao sol, posicionando-as sobre a placa de isopor.

CRÉDITO: Editoria de Arte

4) Durante os próximos 20 minutos, anote as temperaturas registradas pelos termômetros a cada 2 minutos e monte uma tabela.

5) Leve as latas e a placa de isopor para um ambiente à sombra, de preferência o interior de uma sala.

6) Acompanhe as temperaturas das latas pelos próximos 10 minutos, anotando seus valores, de minuto a minuto, e monte outra tabela.

Agora responda

Page 10

1. O som das cordas é o mesmo de quando o violão estava afinado?

Resposta: Não.

2. Tocando apenas a corda mais espessa do violão (mi) com o afinador ligado, é possível notar que o tom está normal, mais agudo ou mais grave?

Resposta: Grave.

3. Se houve diferença, qual é a sua explicação?

Resposta: Com o aumento da temperatura, a corda dilatou, o que a levou a desafinar em um tom mais grave.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

1. Uma ponte será construída sobre um rio, mas os engenheiros não decidiram qual material será utilizado. Ela terá 100 m de comprimento, e a variação de temperatura na região onde será erguida pode ser de até 30 °C. Qual será a variação de comprimento da ponte, caso seja escolhido o:

a) concreto, cujo coeficiente de dilatação linear é 1,2 ∙ 10-5 °C-1?

b) aço, cujo coeficiente de dilatação é 1,1 ∙ 10-5 °C-1?

Resolução

Tomando os dados do problema, temos:

L0 = 100 m e Δθ = 30 °C

a) Para o concreto:

ΔL = L0αΔθ ⇒ ΔL = 100 ∙ 1,2 ∙ 10-5 ∙ 30

ΔL = 1,2 ∙ 3 ∙ 103 ∙ 10-5

ΔL = 3,6 ∙ 10-2

ΔL = 0,036 m ou ΔL = 3,6 cm

b) Para o aço:

ΔL = L0αΔθ ⇒ ΔL = 100 ∙ 1,1 ∙ 10-5 ∙ 30

ΔL = 1,1 ∙ 3 ∙ 103 ∙ 10-5

ΔL = 3,3 ∙ 10-2

ΔL = 0,033 m ou ΔL = 3,3 cm

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2. Após várias experimentações num instituto de pesquisas, descobriu-se um novo material que poderá ser utilizado pela indústria. Os pesquisadores analisaram um fio produzido com esse material e traçaram um gráfico do seu comprimento em função da temperatura. Pelo gráfico abaixo, eles determinaram o coeficiente de dilatação linear do material pesquisado. Qual foi o valor?

Resolução

Observação: Gráficos fora de escala. Fim da observação.

Podemos obter, segundo o gráfico, os seguintes dados:

Δθ = 450 - 100 ⇒ Δθ = 350 °C

ΔL = 6,07 - 6,00 ⇒ ΔL = 0,07 m

Logo, o coeficiente de dilatação linear do material pode ser obtido da expressão:

Cálculo de L0:

L0 = 5,98 m

Voltando à expressão de α, encontramos:

α = 0,0002/L0 ⇒ 0,0002/5,98 ⇒ 0,000033444 ⇒ α ≃ 3,34 ∙ 10-5 °C-1

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

Page 11

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

NÃO ESCREVA NO LIVRO

18.Responda:

a) O que geralmente se dilata mais quando aquecido, um sólido ou um líquido? Explique.

b) Existem outras substâncias, além da água, que apresentam comportamento diferente na sua dilatação? Explique a razão caso haja tais substâncias.

c) Qual a razão para o gelo ser menos denso do que a água?

d) O que há no interior dos espaços vazios das estruturas cristalinas que formam o gelo?

Respostas no final do livro.

19. Um copo de vidro com capacidade para 300 mL contém 290 mL de certo líquido. Ao ser aquecido até 100 °C, o copo fica completamente cheio. O que representa a diferença de 10 mL?

Resposta no final do livro.

20. Na figura abaixo, está representado um balão de vidro cheio de um líquido e tapado com uma rolha com um pequeno furo por onde passa um tubo fino, também de vidro, que pode servir de termômetro. O princípio de funcionamento se baseia na dilatação volumétrica dos líquidos, quando aquecidos.

Tabela: equivalente textual a seguir.

Page 12

A água que estava sobre a pia evaporou, ou seja, passou para a fase de vapor de forma lenta e gradual, sem necessidade de uma fonte de calor que não fosse o próprio ambiente.

Nesse tipo de vaporização, as partículas da superfície do líquido apresentam energia cinética um pouco maior do que a energia cinética média das outras partículas e encontram mais facilidade para abandonar o líquido, passando para a fase de vapor.

Experimentalmente, verificou-se que os seguintes fatores interferem na rapidez da evaporação:

- os líquidos mais voláteis evaporam com maior facilidade, como o éter e o álcool etílico;

- o aumento da área da superfície livre do líquido favorece a evaporação dele;

- o aumento de pressão sobre a superfície livre do líquido dificulta a evaporação dele.

LEGENDA: As roupas no varal secam mesmo à sombra por causa do fenômeno da evaporação.

CRÉDITO: Photodisc/Getty Images

LEGENDA: A pele seca ao Sol sem a necessidade de utilizar toalhas.

CRÉDITO: Photodisc/Getty Images

Boxe complementar:

Page 13

Observe as ilustrações de um cilindro provido de êmbolo e contendo éter líquido.

CRÉDITO: Editoria de Arte

Elevando-se o êmbolo, com a diminuição repentina de pressão, parte do éter líquido sofre vaporização imediata. As partículas do vapor de éter, movendo-se em todas as direções, colidem com a parede interna do cilindro e com a superfície do líquido, exercendo, portanto, uma pressão que é chamada pressão de vapor (Figura B).

Algumas partículas de vapor, ao se chocarem contra a superfície do líquido, retornam à fase líquida.

Inicialmente, o número de partículas que evaporam é maior do que o das que retornam ao líquido. Entretanto, o aumento da concentração de vapor causará um equilíbrio dinâmico, em que a quantidade de partículas que vaporizam é igual à quantidade de partículas que condensam. Nessa situação, o espaço sobre o líquido fica saturado do chamado vapor saturante (Figura C).

Quando é atingido o equilíbrio dinâmico líquido-vapor, ou seja, quando o vapor está saturado, a pressão exercida por ele é máxima e é chamada pressão máxima de vapor (Figura D).

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Se a temperatura for mantida constante, a partir do instante em que o vapor se tornar saturado, o volume por ele ocupado não vai interferir no valor da pressão máxima.

Nesse caso, deslocando-se o êmbolo para aumentar o volume a partir da saturação, o vapor expande-se e momentaneamente há um desequilíbrio que ocasiona diminuição da pressão, mas uma quantidade de líquido vaporiza aumentando a quantidade de vapor e a pressão retorna ao valor máximo anterior, para uma temperatura fixada (Figura E).

Por outro lado, se o experimento for realizado em temperatura mais alta, observaremos que a pressão máxima de um vapor aumentará. Isso significa que a pressão máxima de vapor de uma substância aumenta com elevação da temperatura (Figura E).

Então, podemos afirmar que:

- o vapor saturante encontra-se sempre em presença do líquido que o originou;

- vapor seco é aquele que não se encontra em presença do líquido;

- a pressão exercida pelo vapor seco é menor que a pressão máxima de vapor;

- a pressão máxima de vapor não depende do volume por ele ocupado;

- a pressão máxima de vapor depende da natureza da substância e da temperatura.

Page 14

Aumentando-se a pressão externa sobre o líquido, sua temperatura de ebulição se eleva, pois suas partículas necessitam de mais energia cinética para que ocorra a mudança de fase. De modo análogo, diminuindo-se a pressão sobre o líquido, sua temperatura de ebulição torna-se mais baixa, pois há menos resistência a ser vencida pelas partículas do líquido que se soltam.

O gráfico abaixo relaciona a pressão e a temperatura de ebulição da água.

LEGENDA: Curva de ebulição-condensação para substâncias puras.

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

Outra forma de mostrar a influência da pressão na temperatura de ebulição é experimentar aquecer a água em diferentes altitudes. Cidades como Recife, Brasília e São Paulo estão em diferentes altitudes em relação ao nível do mar e, portanto, estão sob pressões atmosféricas diferentes. As diferentes temperaturas de ebulição da água aparecem a seguir.

Tabela: equivalente textual a seguir.

Page 15

7. Determine a quantidade de calor que deve ser fornecida a 200 g de gelo a -40° C para se obter vapor de água a 120 °C. Construa um gráfico que represente a variação da temperatura (eixo das ordenadas) em função da quantidade de calor (eixo das abscissas) recebida pelo gelo.

Dados: cgelo = 0,5 cal/g °C; cvapor = 0,5 cal/g °C; Lf = 80 cal/g; Lv = 540 cal/g.

Resposta: 150 kcal

8. O gráfico seguinte ilustra as transformações sofridas por 5,0 g de uma substância que se encontra inicialmente na fase sólida. Calcule:

a) o calor específico da substância nas fases sólida e líquida;

Resposta: cs = 0,1 cal/g °C e cL = 0,4 cal/g °C

b) o calor latente de fusão.

Resposta: Lf = 100 cal/g

9. O gráfico ilustra a mistura de 500 g de água a 80 °C com m gramas de gelo a -40 °C.

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

a) Qual foi a temperatura de equilíbrio térmico?

Resposta: 50 ºC

b) Qual era o valor da massa m?

Resposta: 100 g

c) O que se tem no final do processo?

Resposta: 600 g de água a 50 ºC.

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5. Diagrama de fases

O diagrama de fases de uma substância é um gráfico que representa as curvas de fusão (2), vaporização (3) e de sublimação (1), conjuntamente.

O gráfico da esquerda é comum às substâncias que aumentam de volume ao passar da fase líquida para a sólida. Já o gráfico da direita é comum às substâncias que diminuem de volume ao fundir, como no caso da água, do bismuto, do ferro e do antimônio.

Tomemos o primeiro gráfico como referência. Se considerarmos uma substância em equilíbrio, com valores de pressão e temperatura correspondentes a cada um dos pontos A, B, C, D e T marcados, poderemos chegar às seguintes conclusões: o ponto A corresponde à fase sólida, ou seja, a substância à temperatura θA e pressão pA se encontra na fase sólida. De fato, qualquer ponto situado à esquerda da curva de fusão (2) representa as condições de pressão e temperatura para as quais a substância se apresenta na fase sólida.

Por analogia, B se encontra na fase líquida, assim como os demais pontos situados à direita da curva de fusão (2) e acima da curva de vaporização (3). Por conseguinte, C e qualquer outro ponto localizado abaixo da curva de vaporização (3) e à direita da curva de sublimação (1) estará na fase gasosa; em D, a substância coexiste em equilíbrio nas fases sólida e líquida; e, em T, a substância coexiste nas três fases, isto é, sólida, líquida e vapor. O ponto T é chamado ponto triplo.

No caso da água, essa situação ocorre quando a pressão e a temperatura forem aproximadamente iguais a 4,58 mmHg e 0,01 °C, respectivamente. Para uma substância pura, a máxima pressão externa que permite a sua sublimação é a própria pressão do ponto triplo.

LEGENDA: Ponto triplo.

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

Observe, no mesmo gráfico, que a fase de determinada substância depende dos valores da pressão e da temperatura às quais está sujeita, isto é, da localização do ponto definido pelo par ordenado (θ,p). Tomando como referência o ponto A (θA, pA), encontramos a substância inicialmente na fase sólida. É possível levá-la à fase líquida das seguintes maneiras:

- mantendo a temperatura θA constante e diminuindo a pressão até um valor abaixo da curva de sublimação (1);

- mantendo a pressão pA constante e aumentando a temperatura até um valor acima da curva de fusão (2);

- aumentando conjuntamente a pressão e a temperatura até um valor acima da curva de fusão (2).

Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA

Page 16

O experimento descrito anteriormente mostra como podemos vaporizar um líquido diminuindo-se a pressão, mantendo a temperatura constante. Já o vapor de uma substância pode ser liquefeito aumentando-se a pressão e reduzindo-se o volume, à temperatura constante. Durante essa compressão, a substância libera calor.

O gráfico abaixo mostra o resultado de um experimento em que o vapor seco de uma substância é comprimido isotermicamente, passando a vapor saturante (no patamar) e, finalmente, à fase líquida.

CRÉDITO: Editoria de Arte

Comprimindo-se o vapor seco à temperatura constante, obtém-se aumento de pressão e diminuição de volume até que o vapor sature. Ao atingir esse ponto, a pressão máxima de vapor se mantém constante até que todo o vapor se transforme em líquido.

Continuando a compressão, o volume do líquido sofrerá pequena redução. Durante a liquefação (no patamar), o vapor libera por unidade de massa o calor latente de condensação L c. A massa total do vapor libera a quantidade de calor total:

Q = mL c

Sendo Lv o calor latente de vaporização, temos: Lv > 0 e Lc < 0, para uma mesma substância a uma mesma pressão Lv = - Lc.

Veja abaixo o calor latente de vaporização por unidade de massa sob pressão normal para algumas substâncias.

Tabela: equivalente textual a seguir.

Page 17

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Navegue nesta página:

• Variação da pressão atmosférica e ponto de ebulição

Boxe complementar:

PENSE E RESPONDA

NÃO ESCREVA NO LIVRO

- Uma panela de pressão, cuja finalidade é acelerar o cozimento, mantém, por meio da válvula de escape, a pressão do vapor no seu interior constante em 2 atm, ou 1.520 mmHg.

a) A temperatura de ebulição da água no interior da panela de pressão é menor, igual ou maior do que ao nível do mar?

Resposta: Maior.

b) Por que isso faz os alimentos cozinharem mais rápido?

Resposta: Quanto maior for a temperatura, maior a quantidade de calor trocado entre a água e os alimentos.

Fim do complemento.

63

Boxe complementar:

Page 18

- A partir do ponto B do gráfico no qual a substância se encontra na fase líquida, indique as possíveis formas de levá-la à fase gasosa.

Resposta: Mantendo a temperatura θB constante e diminuindo a pressão até um valor abaixo da curva de vaporização (3); mantendo a pressão pA constante e aumentando a temperatura até um valor acima da curva de vaporização (3); aumentando conjuntamente a pressão e a temperatura até um valor acima da curva de vaporização (3);

Fim do complemento.

69

Gás e vapor

Em meados do século XIX, os físicos já sabiam que a condensação do vapor não dependia apenas da temperatura, mas também da pressão aplicada. Por meio de experimentos verificou-se que há um valor de temperatura e pressão, chamado de ponto crítico, em que o vapor não passa mais para a fase líquida, mesmo variando a pressão.

LEGENDA: No gráfico, θc representa a temperatura crítica.

Pela existência do ponto crítico, foi possível estabelecer uma diferença entre gás e vapor:

- Gás é a substância que na fase gasosa se encontra em temperatura superior à sua temperatura crítica e que não pode ser liquefeita por compressão mantendo a temperatura constante.

- Vapor é a substância que na fase gasosa se encontra em temperatura inferior à crítica e que pode ser liquefeita por compressão mantendo a temperatura constante.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

5. No diagrama de fases do dióxido de carbono (CO2), fora de escala, estão apresentados: o ponto tríplice (T) e o ponto crítico (C).

Indique em que fase(s) o CO2 se encontra quando submetido a:

a) 1 atm, -78,5 °C

b) 5 atm, -56,6 °C

c) 56 atm, -56,6 °C

d) 73 atm, 31 °C

e) 1 atm, -56,6 °C

f) temperatura superior a 31 °C

Resolução

Observando as curvas, temos:

a) curva de sublimação: sólida e gasosa;

b) ponto tríplice: coexistem em equilíbrio as três fases do CO2: sólida, líquida e gasosa;

c) sólida: o CO2 sólido é denominado gelo-seco;

d) ponto crítico sobre a curva de vaporização: líquida e gasosa;

e) fase gasosa na forma de vapor;

f) fase gasosa na forma de gás.

6. A figura abaixo mostra um cilindro com êmbolo, no qual certo líquido está em equilíbrio com o próprio vapor.

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

Se reduzirmos o volume V, sem alterar a temperatura:

a) mais líquido se vaporizará;

b) mais vapor vai se condensar;

c) a proporção de líquido e vapor não se alterará;

d) o líquido começará a ferver.

Resolução

Reduzir o volume V mantendo a temperatura constante implica comprimir o gás contra a superfície líquida. Isso levará a um aumento da pressão e, consequentemente, uma parte do gás se condensará e passará para a fase líquida. Portanto, alternativa b.

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65

Boxe complementar:

PENSANDO AS CIÊNCIAS: Física e Meteorologia

Temperatura e alguns fenômenos atmosféricos

O orvalho é a condensação de vapor-d'água atmosférico sobre uma superfície sólida. Essa condensação inicia-se e mantém-se quando a temperatura da superfície torna-se ou permanece igual ou inferior à temperatura do ponto de orvalho do ar adjacente. [...] A deposição de orvalho se faz intensamente em noites de céu limpo, em presenças de massas de ar de baixo teor de umidade e com pequenas, mas não nulas, velocidades de vento. [...] A formação de orvalho causa a diminuição da concentração do vapor-d'água no ar adjacente. [...] A maior frequência de ocorrência de orvalho se dá nas épocas de maior emissão efetiva terrestre, notoriamente no outono e inverno.

Geada é a ocorrência de temperatura do ar abaixo de 0 °C, podendo ou não dar origem à formação de gelo sobre as superfícies expostas. A ocorrência de temperatura do ar abaixo de 0 °C causa o congelamento das superfícies de água livre, da água depositada como o orvalho, de água de encanamentos e de soluções aquosas como as existentes em células de animais e vegetais. [...] A ocorrência de geada está associada com massas de ar de origem polar, estacionárias ou em deslocamento sobre o local. Tais massas de ar são de baixa temperatura, baixo teor de umidade e sem nebulosidade.

TUBELIS, A. F. J. L. do Nascimento. Meteorologia descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. São Paulo: Nobel, 1988. p. 188-189 e 191-193.

Agora responda

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Tampe a panela

Parece conselho de mãe para a comida não esfriar, mas a ciência explica como é possível ser um cidadão ecossustentável adotando o simples hábito de tampar a panela enquanto esquenta a água para o macarrão ou o cafezinho. [...] a cada minuto que a água ferve em uma panela sem tampa, cerca de 20 gramas do líquido evaporam. Com o vapor, vão embora 11 mil calorias. Como o poder de conferir calor do GLP, aquele gás utilizado no botijão de cozinha, é de 11 mil calorias por grama, será preciso 1 grama a mais de gás por minuto para aquecer a mesma quantidade de água. Isso pode não parecer nada para você ou para um botijão de 13 quilos, mas imagine o potencial de devastação que um cafezinho despretensioso e sem os devidos cuidados pode provocar em uma população como a do Brasil: 54,6 toneladas de gás desperdiçado por minuto de aquecimento da água, considerando que cada família brasileira faça um cafezinho por dia. Ou 4 200 botijões desperdiçados.

CARARO, Aryane. Eco sim. Chato não. Dez dicas para ser sustentável sem ser mala. Superinteressante, São Paulo: Ed. Abril, n. 247, p. 60-61, 15 dez. 2007.

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Ebulição

Enquanto a evaporação é um processo lento de vaporização, a ebulição é o nome dado à passagem turbulenta de uma substância da fase líquida para a de vapor ao receber calor de uma fonte, como a água fervente numa panela que está no fogo.

A ebulição de substâncias puras, ou seja, que possuem um único tipo de molécula em sua composição química, mantida a pressão externa, ocorre em temperatura constante, independentemente da quantidade de calor fornecida.

Antes de iniciar a ebulição, quando fornecemos calor a um líquido, aumentamos a energia cinética média de suas partículas, isto é, aumentamos sua temperatura. Algumas partículas adquirem energia suficiente para escapar do líquido e passar à fase gasosa.

Observa-se, então, o aparecimento de bolhas de vapor formando-se nas paredes do recipiente, indicando o início da ebulição do líquido. A partir daí, o calor fornecido é utilizado para romper as ligações entre as partículas e não para aumentar sua energia cinética. Por isso, a temperatura permanece constante.

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1. Que tipo de calor está associado tanto à formação do orvalho como à geada?

Resposta: Em ambos os casos, o calor latente, uma vez que há mudança de fase, da gasosa para a líquida, ou da líquida para a sólida.

2. Como a geada interfere na economia brasileira durante o outono e o inverno?

Resposta: Algumas regiões do Brasil, como a Sul e a Sudeste, perdem a produção agrícola por causa das geadas. As plantações ficam cobertas por uma camada de gelo que faz que as plantas não se desenvolvam e morram.

3. Faça uma pesquisa sobre em quais estados brasileiros ocorrem geadas com mais frequência.

Resposta pessoal. As geadas ocorrem com mais frequência nas regiões com grandes altitudes.

Fim do complemento.

4. Curvas de aquecimento e de resfriamento

As curvas de aquecimento e de resfriamento são gráficos que mostram como a temperatura de um corpo varia em função da quantidade de calor trocada por ele.

Vamos acompanhar a variação da temperatura de um bloco de gelo de 50 g inicialmente à temperatura de -10 °C sob pressão de 1 atm, colocado num recipiente aberto e aquecido por uma chama que fornece um fluxo de calor constante (Figura A).

Observação: Representação fora de escala e em cores-fantasia. Fim da observação.

CRÉDITO: Editoria de Arte

Supondo que a soma do calor cedido ao ambiente e do calor absorvido pelo recipiente possa ser desprezada, por ser muito inferior à quantidade de calor absorvida pelo gelo, podemos marcar a temperatura a cada intervalo de tempo.

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Verifica-se que, com o passar do tempo, o calor fornecido produz um aumento na temperatura do bloco de gelo até atingir seu ponto de fusão a 0 °C, momento em que se inicia o processo de transformação de sólido para líquido (Figura B).

A partir desse instante, a temperatura da mistura (água e gelo) para de subir e permanece constante em 0 °C até que todo o gelo se transforme em água, apesar da continuidade do fornecimento de calor.

Com o término da fusão, o fornecimento de calor volta a produzir aquecimento, agora da água (Figura C ). A água, então, é aquecida até que atinja seu ponto de ebulição, a 100 °C, quando se inicia o processo de ebulição, transformando-a em vapor (Figura D). Durante a ebulição a temperatura da mistura (água + vapor) permanece constante em 100 °C (embora continue o fornecimento de calor), até que toda a massa de água se transforme em vapor. Caso tivéssemos como conter o vapor de água a 100 °C num recipiente de volume variável, a fim de manter constante sua pressão em 1 atm, poderíamos aquecê-lo e, então, o calor fornecido serviria para aumentar ainda mais sua temperatura.

O Gráfico A mostra a curva de aquecimento da sequência de fenômenos anteriormente descrita. Se, em vez de fornecer calor ao gelo, retirássemos progressivamente calor de 50 g de vapor de água com temperatura acima de 100 °C, o fenômeno ocorreria exatamente da forma inversa da descrita anteriormente. A remoção do calor do vapor levará ao seu resfriamento até a condensação, à temperatura de 100 °C, e o resfriamento do líquido levará à solidificação, a 0 °C, e posteriormente ao resfriamento do gelo sólido.

LEGENDA: Gráfico A

LEGENDA: Gráfico B

A quantidade de calor retirada da água durante o resfriamento, em valor absoluto, será igual àquela absorvida pela água durante o aquecimento. O Gráfico B mostra a curva de resfriamento da água.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

3. Considere um bloco de gelo de 300 g à temperatura de -20 °C sob pressão normal. Sendo Lf = 80 cal/g °C, cgelo = 0,5 cal/g °C e cágua = 1 cal/g °C:

a) calcule a quantidade de calor, em kcal, que deve ser fornecida ao bloco para elevar sua temperatura até 50 °C;

b) trace o gráfico da temperatura em função da quantidade de calor recebida pelo bloco.

Resolução

a)

Q1 = mcgelo(θf - θi) ⇒ Q1 = 300 ∙ 0,5

[0 - (-20)] ⇒ Q1 = 3.000 cal ⇒ Q1 = 3 kcal

Q2 = mLf = 300 ∙ 80 = 24.000 ⇒ Q2 = 24 kcal

Q3 = mcágua(θf - θi) = 300 ∙ 1(50 - 0) =

= 15.000 cal ⇒ Q3 = 15 kcal

Quantidade de calor total fornecida:

Q = 3.000 + 24.000 + 15.000 ⇒ Q = 42 kcal

b)

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

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4. Um corpo, inicialmente sólido, de massa 80 g, recebe calor e sofre variação de temperatura conforme indica o gráfico acima. Pede-se:

a) a temperatura de fusão da substância;

b) o calor latente de fusão da substância;

c) o calor específico do material na fase sólida;

d) o calor específico na fase líquida.

Resolução

a) Interpretando o gráfico, temos:

A temperatura de fusão é igual a 200 °C.

b) Durante a fusão o corpo recebeu uma quantidade de calor igual a:

Q2 = 300 - 100 ⇒ Q2 = 200 cal

Daí, temos: Q = mLf ⇒ 200 = 80Lf ⇒ Lf = 2,5 cal/g.

c) No trecho AB:

Q1 = mcsólido Δθ1 ⇒ 100 = 80 ∙ clíquido (200 - 100) ⇒ csólido = 0,012 cal/g °C

d) No trecho CD:

Q3 = mc líquido Δθ2 ⇒ 300 = 80 ∙ clíquido (300 - 200) ⇒ clíquido = 0,037 cal/g °C

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

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1. Mesmo com a panela tampada, a água evapora. Por que a quantidade de vapor é menor do que quando ela está sem tampa?

Resposta: Com a panela tampada, aumenta a pressão sobre o líquido, dificultando a evaporação.

2. Quando fritamos um alimento, como um bife, não devemos tampar a panela para não juntar água. Por que isso acontece?

Resposta: A água que está entre as fibras do alimento evapora e, ao bater na tampa da panela, passa para a fase líquida e volta para a panela.

3. Além da economia de gás, que outra vantagem é obtida quando tampamos a panela ao cozinhar?

Resposta: A segurança, uma vez que o líquido, ao aquecer, pode borbulhar e queimar a nossa pele.

Fim do complemento.

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MAIS ATIVIDADES

NÃO ESCREVA NO LIVRO

1. (UFGD-MS) Um turista americano, ao se preparar para visitar o Brasil, fez sua mala incluindo muitos casacos, pois foi informado que a temperatura média no país a ser visitado seria de 41 graus. Considerando que nos EUA a temperatura é medida em Fahrenheit, qual temperatura em graus Celsius o turista esperava se deparar no Brasil?

a) -10 °C

b) -5 °C

d) 5 °C

Resposta correta: d.

2. (Uncisal-AL) As principais fontes de energia do organismo, os combustíveis biológicos (carboidratos, gorduras e proteínas), são consumidas diariamente para fornecer energia suficiente à manutenção do corpo em suas atividades. Os carboidratos ou glicídios, compostos formados por hidrogênio, carbono e oxigênio, são a principal fonte de energia para o corpo. Que quantidade mínima de um carboidrato que fornece 390 kJ/100 g é suficiente para suprir um gasto energético de 11.700 kJ?

a) 3,0 g

c) 3,0 kg

d) 30,0 kg

e) 300 kg

Resposta correta: c.

3. (Fuvest-SP) Uma pessoa faz, diariamente, uma caminhada de 6 km em uma pista horizontal, consumindo 80 cal a cada metro. Num certo dia, ela faz sua caminhada habitual e, além disso, subiu um morro de 300 m de altura. Essa pessoa faz uma alimentação diária de 2.000 kcal, com a qual manteria seu peso, se não fizesse exercícios. Com base nessas informações, determine:

a) a percentagem P da energia química proveniente dos alimentos ingeridos em um dia por essa pessoa, equivalente à energia consumida na caminhada de 6 km;

Resposta: 24%

b) a quantidade C de calorias equivalentes à variação de energia potencial dessa pessoa entre a base e o topo do morro, se sua massa for 80 kg;

Resposta: 6,0 ∙ 104 cal

c) o número N de caminhadas de 6 km que essa pessoa precisa fazer para perder 2,4 kg de gordura, se mantiver a dieta diária de 2.000 kcal.

Resposta: N = 45

Note e adote:

A aceleração da gravidade local é igual a 10 m/s2. 1 cal = 4 J.

9 kcal são produzidas com a queima de 1 g de gordura.

4. (UFPE) Sabe-se que a densidade e o calor específico da água no estado líquido são respectivamente iguais a 1,0 kg/L e 4.200 J/kg °C. Despeja-se um litro de água à temperatura T em um recipiente de capacidade térmica 1 600 J/°C, inicialmente a 73 °C. Considerando que as trocas de calor só ocorrem entre a água e o recipiente, qual o valor T, em °C, se a temperatura da água, após o equilíbrio térmico ser atingido, é de 63 °C?

Resposta: ≃ 59 °C

5. (Vunesp-SP) A dilatação térmica dos sólidos é um fenômeno importante em diversas aplicações de engenharia, como construções de pontes, prédios e estradas de ferro. Considere o caso dos trilhos de trem serem de aço, cujo coeficiente de dilatação é α = 11 ∙ 10-6. Se a 10 °C o comprimento de um trilho é de 30 m, de quanto aumentaria o seu comprimento se a temperatura aumentasse para 40 °C?

a) 11 ∙ 10-4 m

b) 33 ∙ 10-4 m

c) 99 ∙ 10-4 m

d) 132 ∙ 10-4 m

e) 165 ∙ 10-4 m

Resposta correta: c.

6. (UFAC) Em geral, a temperatura do ser humano é constante e igual a 37 °C. A hipotermia é caracterizada pela redução da temperatura padrão de nosso corpo. A Medicina faz o uso controlado da hipotermia, em determinadas cirurgias cerebrais e cardíacas. Esse procedimento diminui o consumo de oxigênio do cérebro ou do coração bem como reduz a chance de danos ocasionados pela falta de circulação do sangue. Suponha que um paciente, de massa 60 kg, seja submetido a uma cirurgia de coração. A temperatura inicial de seu corpo é 37 °C e pretende-se diminuí-la para 30 °C. Considere o calor específico do corpo humano igual a 1,0 cal/g °C e o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g. A massa mínima de gelo necessária para diminuir a temperatura do paciente até 30 °C é:

a) 10 g

c) 4,25 kg

d) 5,25 g

e) 5,25 kg

Resposta correta: e.

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A HISTÓRIA CONTA

O calor na Ciência

No século XVIII, a ideia sobre calor era muito diferente da que conhecemos hoje. Acreditava-se na chamada teoria do calórico - um fluido que não podia ser medido ou pesado, composto de partículas minúsculas que se repeliriam entre si.

Para os cientistas daquela época, o calórico circularia dos corpos quentes para os corpos frios, servindo assim como um veículo para o calor. No caso do aquecimento por fricção, o calor era explicado como a fricção sendo responsável pela retirada do calórico, fazendo que os corpos parecessem mais quentes.

O britânico Joseph Black (1728-1799) percebeu claramente a distinção entre calor e temperatura. Ele conseguiu demonstrar que o calor é necessário para provocar uma mudança de fase de uma substância (sólido para líquido, líquido para gasoso) sem um aumento de temperatura. Black investigou as diferentes capacidades calóricas das substâncias e forneceu as bases para que os estudos sobre calor progredissem.

Pouco tempo depois, por volta de 1800, a teoria do calórico sofreu um grande golpe. O inglês Benjamin Thompson (1753-1814), também conhecido como Conde de Rumford, ao trabalhar em uma indústria de canhões, percebeu que eles precisavam ser resfriados quando perfurados por brocas, para não deformar o furo. De acordo com a teoria vigente, isso acontecia pois o calórico fluía do metal perfurado e aquecia o corpo todo. Porém, quando a broca ficava cega, ou seja, sem a capacidade de perfurar o metal, o calor gerado era ainda maior e mais água era necessária para esfriar o canhão. Sem a perfuração, Conde de Rumford chegou à conclusão de que não era um fluido o responsável pelo aquecimento, e sim o movimento em si.

Um pouco mais tarde, o inglês James Prescott Joule (1818-1889) reforçou o conceito de calor como forma de energia. Com Joule, estabeleceu-se a equivalência entre calor e outras formas de energia ou a energia térmica e mecânica: calor e trabalho são intercambiáveis.

Antoine Lavoisier (1743-1794) também contribuiu sobremaneira com as pesquisas sobre o calor. Além disso, ele teve papel fundamental para desconstruir uma ideia que existia na Ciência de seu tempo: o flogístico.

A teoria do flogístico - do grego, ígneo ou ardente, formado pelo fogo - é comumente confundida e relacionada ao calor, mas na verdade ela tem a ver com uma tentativa de explicar a combustão e a oxidação dos metais. A teoria começou a ser gestada pelo alemão Johann Becher (1635-1682) em 1667, e foi desenvolvida pelo também alemão Georg Ernst Stahl (1660-1747), perdurando por um século.

LEGENDA: Aparato utilizado por Joule para determinar o equivalente mecânico do calor.

CRÉDITO: SSPL/Getty Images

O flogístico seria um suposto elemento como o fogo, que os corpos combustíveis continham e que seria liberado durante a combustão. À sua época, Boyle acreditava poder explicar o ganho de massa de um metal em combustão pela adição das "partículas de fogo".

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Para Stahl, o flogístico fluía de uma substância para outra, transportado pelo ar em volta. Um exemplo de corpo combustível que conteria o flogístico seria a madeira, que o liberaria ao ser queimada.

Lavoisier era contra a hipótese do flogístico e, por meio de um experimento, contribuiu para uma melhor compreensão da matéria e dos elementos. Nesse experimento ele utilizou uma vela acesa colocada sobre uma boia, numa tigela com água, e cobriu a vela com um vaso de vidro. Lavoisier constatou que a vela consumia parte do ar e se apagava. Usando uma balança, conseguiu verificar também que a massa de gases era constante antes e depois da combustão e que ela se dava pela presença do oxigênio. Dessa forma, quando algo se queimava, não era por liberar flogístico, mas por se combinar com um elemento presente no ar. Foi uma constatação de grande valia que enfraqueceu a teoria do flogístico.

LEGENDA: Inicialmente, a vela acesa é coberta cuidadosamente por um pote de vidro (1). Em pouco tempo, a chama diminui e a água sobe, pois o ar vai sendo consumido pela chama (2). Por fim, após consumir todo o oxigênio disponível, a chama apaga (3).

CRÉDITO: Editoria de Arte

LEGENDA: A vela do pote menor apaga primeiro, pois há menos oxigênio disponível.

CRÉDITO: Eduardo Santaliestra

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EXERCÍCIOS PROPOSTOS

NÃO ESCREVA NO LIVRO

10.Por que ao utilizarmos álcool num pano para limpar um objeto, e ele cai sem querer nas mãos, há uma sensação de frio?

Resposta: Porque o álcool, que apresenta baixo ponto de ebulição, quando entra em contato com nossa pele vaporiza-se e retira calor dela, causando a sensação de frio.

11.Em um dia, em que a temperatura é de 25 ºC, quando uma pessoa sai do chuveiro, sente frio. Depois de se enxugar completamente, contudo, deixa de sentir frio, embora a temperatura no ambiente não sofra variações bruscas. Explique por quê.

Resposta: Após sair do chuveiro, as gotículas que estão sobre o corpo vaporizam-se e retiram calor dele, provocando a sensação de frio; porém, ao enxugar-se, o processo é interrompido.

12. Explique por que, num dia chuvoso, as janelas de espaços fechados nos quais há pessoas embaçam.

Resposta: Porque o vapor de água contido no ar se condensa ao entrar em contato com a superfície fria do vidro.

13. Qual a diferença de comportamento apresentada por um gás e por um vapor quando comprimidos a uma temperatura constante?

Resposta: Ao ser comprimido a uma temperatura constante, o vapor se condensa e o gás não.

14.A figura mostra o diagrama de fase de uma substância. Observando o gráfico, responda:

a) Em que estado físico de agregação se encontra a substância nas fases A, B e C?

Resposta: A: líquido; B: vapor; C: sólido.

b) Qual é a temperatura de ebulição da substância quando ela se encontra à pressão de 0,6 atm?

Resposta: ≃ 225 °C

c) Essa substância pode ser sublimada à pressão de 1,0 atm? Justifique.

Resposta: Não. A substância pode ser sublimada somente abaixo de 0,4 atm.

d) Qual é a localização do ponto triplo? Dê as suas características.

Resposta: 0,4 atm e 90 °C; coexistência em equilíbrio das três fases da substância (sólida, líquida e gasosa).

15.No diagrama de fase da água, fora de escala, estão apresentados o ponto tríplice (T) e o ponto crítico (C).

Identifique os correspondentes estados de agregação da água indicados pelos algarismos I, II, III e IV.

Resposta: I: sólido; II: líquido; III: vapor; IV: gás.

16.(Unisinos-RS) O risco de escassez de água vem sendo uma preocupação constante. Atualmente, mais de um bilhão de pessoas sofrem com a falta de acesso à água limpa para suprir suas necessidades básicas diárias [...]

(disponível em http://anauger.wordpress.com/2012/06/05/escassez-de-agua-uma-preocupacao-mundial/. Acesso em 4 abr. 2014)

A água existe, na natureza, nos estados sólido, líquido e gasoso.

Sobre os estados físicos da substância água e suas transformações de fase, leia as seguintes proposições.

I. Durante a transição de sólido para líquido, a temperatura não muda, embora uma quantidade de calor tenha sido fornecida à água.

II. O calor latente de fusão da água tem um valor diferente do calor latente de solidificação.

III. Em determinadas condições, a água pode coexistir nas fases sólida, líquida e gasosa.

Sobre as proposições acima, pode-se afirmar que:

a) apenas I está correta;

b) apenas I e II estão corretas;

c) apenas I e III estão corretas;

d) apenas II e III estão corretas;

e) I, II e III estão corretas.

Resposta correta: c.

17. Um cilindro dotado de êmbolo móvel contém certo líquido em equilíbrio com o próprio vapor. Se reduzirmos o volume V sem alterar a temperatura, o que deverá ocorrer com o sistema quanto à:

CRÉDITO DAS ILUSTRAÇÕES: Editoria de Arte

a) quantidade de vapor e de líquido?

Resposta: A quantidade de vapor reduzirá e a quantidade de líquido aumentará.

b) pressão exercida pelo vapor?

Resposta: Se a temperatura for constante, a pressão será sempre igual à pressão máxima de vapor.

18.Qual é a quantidade de calor transferida para a sua pele quando você recebe calor liberado:

a) por 25 g de água quente, inicialmente a 100 °C, quando ela resfria até atingir a temperatura da pele (34 °C)?

Resposta: 1.650 cal

b) por 25 g de vapor de água, inicialmente a 100 °C, quando resfria até atingir 34 °C? Dados: calor específico da água: 1,0 cal/g °C; calor de vaporização da água: 540 cal/g.

Resposta: 15.150 cal

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1. Releia o texto e apresente as características do calórico. Com pequenas alterações, qual delas mais se assemelha ao contexto científico atual?

Resposta: O calórico era um fluido que não podia ser medido ou pesado, composto de partículas minúsculas que se repeliriam entre si, que circularia dos corpos quentes para os corpos frios, servindo como um veículo para o calor. Esta última, em particular, é a característica que mais se aproxima do conhecimento atual, uma vez que o calor também se propaga do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

2. No experimento da vela acesa, como Lavoisier confirmou que a teoria do flogístico era inválida?

Resposta: Lavoisier associou a queima da vela à presença do gás oxigênio. Quando todo o gás oxigênio contido no recipiente foi consumido, a chama da vela se apagou. Constatou-se então que o flogístico não era o elemento que os corpos combustíveis continham e, assim, a teoria foi invalidada.

3. Os estudos da Termodinâmica surgiram ao longo dos séculos XVIII e XIX, época em que ocorreu a Revolução Industrial. Além das indústrias, a locomotiva a vapor é um símbolo desse período. Explique como as conclusões de Joule se relacionam com esse fato.

Resposta: Joule estabeleceu a equivalência entre calor e trabalho. A locomotiva utiliza-se do vapor gerado pela queima de carvão ou de lenha para movimentar os cilindros do motor que a propulsiona. Os trabalhos de Joule e de outros pesquisadores ajudaram no desenvolvimento e aperfeiçoamento dessa máquina.

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UNIDADE 2 - Termodinâmica

LEGENDA: No Brasil, as locomotivas a vapor foram apelidadas de maria-fumaça. Elas ainda trafegam em várias cidades do país e funcionam tendo como base a transformação da energia química (proveniente do carvão ou da madeira), em energia mecânica. Neste exemplo, na cidade de Tiradentes em Minas Gerais, na locomotiva ocorre a transformação do calor (combustão do carvão ou da madeira) em trabalho (energia mecânica que faz o trem se movimentar).

CRÉDITO: David Davis/Shutterstock.com

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