Aquecimento da piscina: é possível da forma proposta?

7 de março, 2016 às 16:04 | Postado em Gás e vapor, Mudanças de estado da matéria, Questões do ENEM, vestibulares, concursos, Termologia, termodinâmica

Professor Fernando Lang.

Desculpa incomodá-lo. Sei que és um professor muito ocupado mas estou em dúvida na questão em anexo. Eu não concordo com a resposta dada à questão “b”.

A água na superfície recebe energia, na forma de calor, e aumenta a sua temperatura. Consequentemente ela aumenta o seu volume e diminui a sua densidade.

Como acontece a convecção nesse caso?

No meu entendimento a resposta correta seria condução térmica. A água é uma péssima condutora de calor mas mesmo assim a convecção, no meu entendimento, não tem como ocorrer nesse caso. Não tem como a água quente (da superfície) descer e a água fria (do fundo) subir. 

O que pensas a respeito?

Um abraço do teu fã.

 Questão: Um dia o zelador de um clube mediu a temperatura da água da piscina e obteve 20^oC, o mesmo valor para qualquer ponto da água da piscina. Depois de alguns  dias de muito calor, o zelador refez a essa medida e obteve 25^oC, também para qualquer ponto do interior da água. Sabendo-se que a piscina contém 200 m³ de água, que a densidade da água é 1000 kg/m³ e que o calor específico da água é 4200 K/kg. ^oC, responda:

a)  qual a quantidade de calor absorvida do ambiente pela água da piscina?

b) Por qual processo (ou processos) o calor foi transferido do ambiente para a água da piscina e da água da superfície para a água do fundo? Explique.

Resolução: 

 b) O processo predominante de transferência de calor entre o ambiente e a água da piscina é a irradiação. Entre a água da superfície e a do fundo ocorre convecção como processo de transferência do calor.

Nos dois casos existe o fenômeno da condução, porém desprezível em relação aos outros processos, visto que tanto o ar como a água podem ser considerados maus condutores térmicos.

Caro fã Eduardo 🙂

A questão é muito infeliz! Igualmente parte da resposta.

Inicialmente uma consideração sobre terminologia. A expressão  “alguns  dias de muito calor“, usual em nossa linguagem coloquial, deve ser evitada aqui, devendo ser substituída por algo como “alguns dias de alta temperatura (superior a 25^oC)“. As razões para tal são bem conhecidas e não me deterei nelas.

Igualmente desconsiderarei que em tal processo de aquecimento da água acontece EVAPORAÇÃO, e esta é responsável por perdas importantes de massa e de energia por parte da água na pisicina. Para mais detalhes sobre a evaporação e suas consequências vide Curvas reais de aquecimento da água. Vide também Um tema negigenciado em textos de Física Geral: a vaporização da água.

Esta questão é infeliz por pretender a “contextualização a qualquer custo”, tão em moda nas terríveis questões do ENEM. De fato a questão é  irreal (apesar da aparente contextualização) pois a água na piscina ficará “quente” na parte superior e na parte inferior ficará “fria”. É fácil experimentar tal gradiente de temperatura em piscinas ou em açudes no verão.

A absorção de energia radiante pela água acontece preferencialmente próxima da interface da água com o ar, aumentando a temperatura na região superior da piscina. A água do fundo da piscina somente pode ter a sua temperatura elevada graças à condução e este processo é lento. Para haver convecção – neste caso para a água já aquecida na parte superior da piscina afundar – a água deveria aumentar sua densidade entre 20^oC e 25^oC. Entretanto, como é bem sabido, nesta faixa de temperatura a densidade diminui quando a temperatura aumenta. Aliás, é por esta razão que observamos facilmente um gradiente de temperatura com a profundidade em piscinas no verão.

Para, nas circunstâncias imaginadas, ter toda a piscina (quase) na mesma temperatura a água deveria ser misturada mecanicamente pois a convecção natural está prejudicada.

Postagem relacionada com o tema:

Congelamento dos lagos 

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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