Alfaconnection
By Lucien Silvano Alhanati
Física
Calor CAL
Ebook >>> Estudo do Calor
Mudanças de Fase CAL05
Mudanças de estado da água CAL0506
Qual é o diagrama de fases da água ? CAL050601
A água é uma substância que se funde com redução de
volume e cujos pontos triplo e crítico possuem as características
mostradas na tabela
O diagrama de fases está mostrado na figura. |
Em que condições a água passa do estado gasoso diretamente para o estado sólido ? CAL050602
Quando a pressão e a temperatura forem inferiores às do ponto triplo, ou seja, pressão inferior à 0,006 atm ou 4,56 mm Hg e temperatura inferior à 0,01 oC |
Como é formada a neve ? CAL050603
A neve é constituída por cristais de gelo. Existem
várias teorias que explicam as formas destes cristais cujo estudo foge
ao nível deste trabalho que estamos realizando. A formação da neve por resfriamento é explicada pela sublimação do vapor da água à pressões muito baixas, menores que 4,56 mm Hg e temperaturas inferiores a 0,01 oC. |
Como é formada a chuva ? CAL050604
A formação da chuva de um modo geral é um fenômeno
meteorológico complexo fora do nível de nosso trabalho. As chuvas
convectivas, ou seja, as chuvas obtidas por resfriamento, correspondem
à condensação do vapor de água atmosférico realizada quando a
pressão parcial do vapor é superior à do ponto triplo (4,56 mm Hg). O vapor no estado representado por A, resfriado isobaricamente é transformado em água líquida no estado B |
Como é formada a chuva de granizo ? CAL050605
O resfriamento continuado do vapor de água atmosférico à pressões parciais superiores à do ponto triplo(ponto A), provoca inicialmente uma condensação (ponto B) formando a chuva líquida comum, em seqüência ocorre uma solidificação (ponto C) dando origem ao granizo. |
O que é estado higrométrico do ar ou umidade relativa ? CAL050606
É a razão e
entre a pressão parcial f
do vapor de água na atmosfera e a pressão máxima F
do vapor de água na temperatura ambiente.
e = f / F Exemplificando. |
A velocidade de evaporação depende do estado higrométrico ? CAL050607
Sim. Sabemos que a velocidade de evaporação v é proporcional à F - f v = C.(F - f) onde C é uma constante de proporcionalidade. Como e = f / F >>> f = e.F então v = C.(F - eF) ou v = C.F.(1 - e) A relação nos mostra que a velocidade de evaporação
diminui quando o estado higrométrico aumenta e se anula quando e = 1,
isto é, quando o ambiente está saturado de vapor de água.
O gráfico da figura mostra a relação entre a velocidade de evaporação v e a umidade relativa do ar e. |
O conforto térmico depende da velocidade de evaporação do suor ? CAL050608
Sim. O nosso corpo é uma máquina térmica que necessita ser refrigerada para manter a sua temperatura estável num determinado valor que corresponda a uma sensação de bem estar. A evaporação do suor retira calor de nosso corpo e corresponde ao principal fator determinante da temperatura corporal. Uma evaporação excessiva retira muito calor de nosso corpo provocando um abaixamento da temperatura corporal e uma sensação de frio e de desconforto. Quando estamos com a pele molhada num local de ventilação intensa sentimos frio devido a evaporação muito rápida. Uma evaporação deficiente retira pouco calor do nosso corpo, que não sendo refrigerado convenientemente, aumenta de temperatura, acarretando a sensação de calor e de desconforto. |
O que são as câmaras úmidas ? CAL050609
São câmaras saturadas de vapor de água, ou seja
câmaras onde o estado higrométrico é igual a 1, onde são armazenados
corpos úmidos que não podem secar. Exemplificando. - As câmaras úmidas são usadas para armazenar corpos de prova de concreto. O concreto aumenta a sua resistência devido a uma hidratação de seus componentes. Como esta hidratação é lenta o bloco de concreto deve permanecer úmido durante alguns dias. Para não haver a secagem, que interromperia a hidratação o bloco é guardado numa câmara úmida. - As câmaras úmidas são usadas também para armazenar pastas que serão usadas na fabricação de peças de porcelana. As razões e os objetivos deste armazenamento são os mesmos do concreto. - As massas comestíveis também são guardadas por algum tempo sem secar para permitir a ação dos fermentos. As massas são guardadas em recipientes fechados, que funcionam como câmaras úmidas, ou mesmo envolvidas por um pano úmido. - A cura dos queijos ou seja a sua maturação, principalmente quando há o desenvolvimento de mofos inoculados na sua massa para acentuar o sabor, necessita de umidade elevada. Estes queijos são mantidos por vários dias em câmaras úmidas. Os queijos da região de Roquefort na França são mantidos em cavernas naturais úmidas que propiciam o desenvolvimento de um fungo natural das cavernas e que conferem a estes queijos um sabor que os tornaram famosos mundialmente. |
Como varia a pressão máxima do vapor de água em função da temperatura ? CAL050610
A pressão máxima F do vapor de água cresce com a
temperatura. A tabela abaixo, obtida experimentalmente, mostra como
ocorre esta variação.
O gráfico da figura ainda que fora de escala nos permite avaliar esta variação |
O que ponto de orvalho ou temperatura de orvalho ? CAL050611
Ponto de orvalho ou temperatura de orvalho de um ambiente
é a temperatura para a qual a pressão do vapor de água existente no
ambiente seria máxima.
Exemplo.
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O que é o orvalho ? CAL050612
Vamos considerar uma atmosfera onde a pressão do vapor
de água no fim da tarde seja igual a f. Durante a noite a superfície das folhas dos vegetais perdem calor por irradiação térmica e não recebem calor do Sol, o que acarreta um resfriamento das folhas. Quando a temperatura das folhas for tal que a pressão máxima do vapor de água F for igual à pressão f existente, então o ambiente que envolve as folhas estará saturado de vapor de água. A partir deste instante, continuando o resfriamento das folhas, o vapor de água que as envolve inicia uma condensação sobre as folhas par diminuir a pressão do vapor uma vez que esta não pode ser maior que a máxima. Esta condensação sobre as folhas é chamada de orvalho e a temperatura que corresponde ao início da condensação é a temperatura de orvalho. |
Qual é a importância do orvalho na natureza ? CAL050613
A condensação do vapor de água (orvalho) existente nos poros do solos agriculturável, que ocorre durante a noite, promove uma irrigação diária das plantas mesmo quando não há chuva. |
A letra da canção que diz "o orvalho vem caindo, vai molhar o meu chapéu" está errada fisicamente ? CAL050614
Sim. Trata-se de uma licença poética uma vez que o orvalho não cai, ele se forma sobre as superfícies que se resfriam ? |
O que é a geada ? CAL050615
É o resultado da solidificação do orvalho, que ocorre com o resfriamento continuado das superfícies pela irradiação térmica. |
É correto afirmar "caiu geada no campo" ? CAL050616
Não. Como a geada é a solidificação do orvalho ela também não cai. |
Como evitar a formação da geada ? CAL050617
A geada pode ser evitada dificultando-se a irradiação térmica para o espaço. Uma das maneiras bastante eficiente é envolver os campos com fumaça natural ou artificial. |
Como é possível calcular o estado higrométrico de um ambiente, conhecendo a temperatura ambiente e a temperatura de orvalho ? CAL050618
Por exemplo, num ambiente à 20oC a temperatura
de orvalho é 15oC. Sabemos que o estado higrométrico é e = f / F20. Sabemos ainda que, se a temperatura de orvalho é 15oC a pressão de vapor no ambiente f = F15. O estado higrométrico será então e = F15 / F20 A tabela da pressão máxima do vapor de água nos informa que F15 = 12,6mmHg e F20 = 17,5mmHg O estado higrométrico será e = 12,6 / 17,5 >>> e = 0,72
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Como varia a temperatura de ebulição da água em função da pressão ambiente ? CAL050619
Sabemos que a ebulição ocorre numa temperatura em que a
pressão máxima do vapor de água é igual à pressão externa. Desta
maneira a tabela da pressão máxima do vapor de água em função da
temperatura é a tabela da temperatura de ebulição em função da
pressão exterior.
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A temperatura de ebulição da água depende da altitude do local onde está a água ? CAL050620
Sim. A pressão atmosférica depende da altitude. Como a temperatura de ebulição varia com a pressão externa, ela vai depender da altitude. A tabela abaixo nos mostra esta correspondência.
A tabela abaixo nos mostra a temperatura de ebulição da água em algumas localidades.
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O tempo de cozimento dos alimentos depende da pressão que atua sobre eles ? CAL050621
Sim. A experiência nos mostra que o tempo de cozimento de um alimento diminui sensivelmente quando a temperatura aumenta. Sabemos que a temperatura de ebulição da água onde o alimento é cozido aumenta quando a pressão aumenta. Podemos concluir então que aumentando a pressão, aumenta a temperatura de ebulição que acarreta uma redução no tempo de cozimento. |
Como funciona a panela de pressão ? CAL050622
A panela de pressão diminui o tempo de cozimento
aumentando a pressão sobre a água onde o alimento é cozido. O gráfico da figura (fora de escala) nos mostra estas variações para uma determinada quantidade de um alimento.
Exemplos: |
O que são auto-claves ? CAL050623
São grandes panelas de pressão industriais que
utilizando pressões elevadas aumentam a temperatura de ebulição. As auto-claves são usadas para vários fins, entre eles, a esterilização de alimentos, de medicamentos, de instrumentos cirúrgicos e roupas utilizadas em hospitais. |
É possível desidratar um alimento sem aquecimento ? CAL050624
Sim. Reduzindo a pressão é possível vaporizar a água contida no alimento mantido em temperaturas reduzidas. A tabela de pressão máxima do vapor de água nos mostra que reduzindo a pressão sobre o alimento a 17,5mmHg a água contida no alimento se vaporiza a uma temperatura de 20oC
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Por que os astronautas usam roupas pressurizadas quando se movimentam fora de suas naves ? CAL050625
No espaço fora das naves a pressão é nulo. Num ambiente de pressão nula todos os líquidos orgânicos seriam vaporizados instantaneamente rompendo os tecidos, é como se o corpo do astronauta explodisse. |
O que é a calefação ? CAL050626
É uma forma especial de vaporização que ocorre quando
um líquido e particularmente a água aproxima-se de uma superfície
superaquecida. Quando uma gota de água cai sobre uma superfície polida superaquecida, constatamos que a gota é mantida afastada da superfície realizando uma vaporização relativamente lenta. |
Quais são as principais características da calefação ? CAL050627
O líquido em calefação não entra em contato com a superfície superaquecida porque está apoiado num "colchão" de vapor a alta pressão, como mostra a figura. O aquecimento do líquido em calefação é muito pequeno, uma vez que os líquidos de um modo geral e a água em particular são diatérmicos, isto é, o calor irradiado passa por eles sem ser absorvido. |
Por que a água dos sistemas de refrigeração dos motores de combustão interna deve ser mantida sob pressão elevada ? CAL050628
Para evitar a calefação. Quando a água de refrigeração circula no interior do bloco do motor ela deve absorver calor para promover a refrigeração. Havendo calefação a água só recebe calor irradiado que passa por ela sem aquece-la e e a refrigeração não se processa. Água em calefação Quando a água é mantida sob pressão ela é empurrada de encontro às paredes do bloco do motor e havendo contato a água absorve calor promovendo a refrigeração.Não há calefação da água. |
A temperatura de um bloco de gelo é inferior a 0oC e a pressão é normal, é possível fundir este gelo sem variar a sua temperatura ? CAL050629
Sim. Para fundir o bloco de gelo sem variar a temperatura basta diminuir a temperatura de fusão aumentando a pressão. O diagrama de fases da água mostra um bloco de gelo no estado representado pelo ponto A. Aumentando a pressão e mantendo a temperatura constante o gelo evolui até o estado representado pelo ponto B onde estará na fase líquida. |
Por que motivo as geleiras escorregam e descem as montanhas ? CAL050630
Quando a espessura da geleira aumenta, cresce o seu peso e a pressão na superfície de contato entre a geleira e a encosta da montanha. O aumento da pressão reduz a temperatura de fusão do gelo ocasionando a sua fusão. A camada de água líquida resultante da fusão diminui muito o atrito entre a geleira e a encosta propiciando o deslizamento. |
Quando pressionamos um bloco de gelo sobre outro e logo após retiramos a pressão constatamos que os blocos ficam soldados. Como explicar tal fato ? CAL050631
Quando aumentamos a pressão entre as superfícies de
contato entre os blocos, provocamos a fusão do gelo devido ao
abaixamento da temperatura de fusão. Ao retirarmos a pressão a temperatura de fusão volta ao valor primitivo e a água líquida se solidifica soldando os blocos. Exemplificando. Vamos considerar dois blocos de gelo na temperatura de - 1oC, na pressão normal sendo a temperatura de fusão 0oC. Pressionando os blocos um sobre o outro o aumento de pressão reduz a temperatura de fusão para - 2oC. Como a temperatura é - 1oC superior a - 2oC, o gelo passa para o estado líquido. Retornando a pressão ao valor normal a temperatura de fusão volta a 0oC e a água a - 1oC passa para o estado sólido, soldando os blocos de gelo. |
Como funcionam as torres de resfriamento ? CAL050632
As torres de resfriamento são usadas para resfriar gases
ou líquidos quentes que circulam no interior de tubulações. O
resfriamento das tubulações é realizado quando deixamos cair sobre as
tubulações água dividida em gotas como uma chuva, como mostra a
figura.
Usamos a água em virtude de seu calor de vaporização ser bastante
elevado da ordem de 600cal/g. |