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Investigando uma geladeira

IV - MODIFICANDO A TEMPERATURA DE UM CORPO

3 -À TEMPERATURA CONSTANTE

Se você molhar uma de suas mãos e agitá-la vigorosamente no ar, terá uma sensação de frescor devida ao fato de que ao vaporizar-se a água absorveu calor de sua mão. Se a vaporização ocorrer mais rapidamente, a sensação de frescor é mais intensa. É o que acontece quando agitamos a mão molhada com álcool, mais volátil que a água. As evidências desse simples experimento conduzem a uma afirmação importante:

Para vaporizar-se, uma substância precisa absorver energia.

A passagem do estado líquido para o estado gasoso é chamado de vaporização. Ela pode ocorrer por evaporação ou ebulição.

A ebulição ocorre apenas quando a temperatura do líquido atinge um certo valor. No caso da água, por exemplo, quando ela atinge 100ºC, ao nível do mar. Durante a ebulição, a temperatura do líquido permanece constante.

A evaporação pode ocorrer a qualquer temperatura. Á medida que um liquido evapora, sua temperatura diminui. Isto porque são as moléculas de maior energia que abandonam o liquido no processo de evaporação.

A condensação de vapor d’água sobre uma superfície que se encontra a uma temperatura mais baixa que a do ambiente ilustra o processo inverso. Uma substância no estado gasoso libera energia ao passar para o estado líquido.

As transferências de energia, necessárias às mudanças de fase (sólido → líquido → vapor), pode se dar sob a forma de calor.

A vantagem das trocas de calor durante as mudanças de fase é que elas ocorrem a taxas muito mais altas que as de aquecimento de uma substância numa mesma fase. Por isso os refrigeradores são projetados de forma que as trocas de calor que ocorrem no congelador e no radiador aconteçam, principalmente, durante as mudanças de fase do fluido frigorífico. Assim pode-se aumentar a eficiência dos processos. No congelador, o fluido frigorífico passa do estado líquido para o de vapor, absorvendo calor e resfriando o interior da geladeira. No radiador o fluido passa do estado de vapor para o estado líquido, transferindo calor para o ambiente.

Atividade experimental 6: Condensação

. Coloque gelo picado com sal numa lata vazia de refrigerante.
. Meça a temperatura da mistura de gelo picado com sal.
. Aguarde um pouco e observe o que acontece do lado de fora da lata.

Troque idéias com seus colegas para explicar o que você observou.

Exercícios
1 – No congelador de um refrigerador é formada uma grande quantidade de gelo.
De onde vem a água que forma esse gelo?
2 – O fluido frigorífico recebe calor do gelo que se encontra dentro do refrigerador, através das paredes dos tubinhos dentro dos quis ele circula. A água congela a 0ºC. A que temperatura você aha que o fluido frigorífico se encontra, quando entra no congelador?
3 – Dentro de um refrigerador, os compartimentos reservados para verduras são isolados do resto da geladeira. Por que você acha as verduras devem ficar protegidas assim?

Calor Latente

Na mudança de estado físico, a transferência de calor ocorre à temperatura constante. A energia transferida é utilizada para mudar o estado físico do sistema.

Quando aquecemos água dentro de uma panela por meio da chama de um fogão, é possível observar que inicialmente a temperatura do líquido aumenta até a água entrar em ebulição. Ocorre, então, uma mudança do estado físico da água de líquido para vapor. Durante a ebulição, a temperatura da água mantém-se constante até que toda a água se transforme em vapor.

Para que ocorra a vaporização da água, é necessária a transferência de energia, e, por isso, a chama do fogão deve continuar acesa. A quantidade de calor transferida para mudar o estado de cada grama de material é conhecida como calor latente. Durante a condensação, esse calor deve ser liberado pela substância.

As mudanças de fase possíveis são: fusão e solidificação na mudança entre sólido e líquido; ebulição ou vaporização e condensação, na mudança entre líquido e vapor; e sublimação na mudança entre sólido e vapor.

Exercícios
1 - Suponha que você tenha colocado 200g de água a 20ºC numa forma de gelo, dentro do congelador de uma geladeira.
Qual a quantidade de calor retirada dessa água, se ela transformar-se em gelo e atingir a temperatura de – 5ºC?
2 – suponha que esse gelo, retirado do congelador, tenha sido levado ao fogo e se vaporizado completamente. Qual a quantidade de calor necessária para fazer isso?
3- Complete as lacunas do esquema abaixo indicando se a substância absorve ou libera energia em cada mudança de fase.