Curvas reais de aquecimento da água
30 de janeiro, 2014 às 16:05 | Postado em Gás e vapor, Termologia, termodinâmica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Fernando
Muito interessante a questão sobre a transformação de determinada quantidade de gelo em vapor conforme Confusão recorrente sobre vaporização.
Eu sempre resolvia essa tradicional questão quando fui professor de cursinho e provavelmente ensinei aos alunos de forma errada tb, na época também pelo jeito era bastante acrítico.
A minha pergunta é considerando o efeito de evaporação descrito haveria uma diferença numérica considerável em calorias desta solução?
Em um processo de aquecimento real da água as perdas por evaporação anteriores à ebulição dependerão de diversos fatores tais como área da superfície da água em contato com a atmosfera, umidade relativa da atmosfera, taxa de transferência de energia para água, …
Em um calorímetro aqueci água com um aquecedor tipo “rabo quente”. Com auxilio de um variac, um amperímetro, um voltímetro e um cronômetro pude determinar a quantidade de energia transferida para a água no calorímetro enquanto também registrava a temperatura da água. a foto abaixo registra parte do equipamento usado.
A figura abaixo apresenta quatro curvas de aquecimento:
1- Em vermelho vemos a curva que despreza os efeitos ede evaporação, aliás onipresente nos livros textos, sem entretanto alertar para a possibilidade de evaporação e, portanto, não mencionar que tais efeitos estão sendo desprezados. Por exemplo, em http://minhasaulasdefisica.blogspot.com.br é explicitamente afirmado que “Após a fusão, a energia recebida faz com que a vibração das moléculas aumente novamente, aumentando a temperatura da água até 100°C. Nesta temperatura inicia-se a vaporização.” Entende-se assim a razão de um estudante manifestar estranheza em relação ao processo de vaporização (evaporação) acontecido em um lago conforme a postagem Termodinâmica: vaporização da água.
2- A curva relativa à potência de 130 W no “rabo quente” atinge finalmente o patamar de temperatrura constante, característico da EBULIÇÃO.
3- As outras duas curvas, relativas às potências de 66 W e 40 W no “rabo quente”, também atingem patamares em que a temperatura é constante mas inferior à temperatura de ebulição (cerca de 96 graus C e 85 graus C). Ou seja, a evaporação é tão intensa que a energia fornecida pelo “rabo quente” é toda dispendida para EVAPORAR a água abaixo da temperatura de ebulição.
Quando interrompi o processo, desligando o “rabo quente”, medi a massa evaporada. Estas medidas revelaram uma perda de massa por evaporação de 16 g, 29 g e 31 g durante o aquecimento.
Desta forma fica evidanciado que a evaporação NÃO pode ser desprezada nestes três casos. Certamente as perdas por evaporação serão menores quanto maior for a taxa de transferência de energia para água através do “rabo quente”. Ou seja, a curva vermelha será melhor aproximada por uma curva real quando se diminuir o tempo de aquecimento e/ou se diminuir as perdas por evaporação.
O importante desta discussão é que a evaporação não pode ser ignorada e infelizmente muitos livros texto de Física Geral sequer a menciona.
Outras questões sobre o tema:
Ventilador borrifador de água baixa a temperatura ambiente?
Pressão de evaporação da água?
Desembaçando o vidro com ar frio
Como se apresenta a água a -5 ºC a pressão normal?
Conforto térmico pelo ventilador
Diferencie ebulição de evaporação!
Termodinâmica: vaporização da água
Vide o artigo Um tema negligenciado em textos de Física Geral: a vaporização da água disponível em ResearchGate.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
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Comentários por correio eletrônico
Muito interessante as tuas colocações. Eu sempre menciono aos meus alunos o rosário de aproximações que temos que fazer para calcular qualquer coisa em termodinâmica (a começar pela ideia de equilíbrio) e estas curvas vão direto para as minhas aulas.
Mas tenho uma dúvida, tu estimaste as perdas por condução devido ao calorímetro estar aberto? Por exemplo 100KJ a uma potencia de 66W significa 25 minutos… isso não é tempo demais de exposição. A energia “perdida” bate com a massa evaporada?
Marco
Minha resposta ao Marco: Oi Marco
Ótima pergunta!
Certamente existem perdas de energia por condução (e também por convecção e radiação) além da evaporação.
Assim como este tema, quantos outros são tratados de forma “rasa” no ensino médio? Infelizmente quase tudo que ensinamos é uma reprodução semi-automática do que aprendemos enquanto estudantes, do que lemos em textos ultra simplificados, e do que consolidamos em nós por meio da resolução de inúmeras questões hiper artificiais e acríticas!
Poucos são os momentos de reflexão profunda sobre dos conteúdos ensinados e de sua importância na vida dos estudantes!
Fernando Lang da Silveira – Impressiona-me que na quase totalidade de livros de Física Geral o tema da evaporação sequer é abordado. Mesmo que o assunto não seja detalhado, já que envolve conhecimentos de termodinâmica mais avançados, a evaporação não pode ser omitida sob pena de se produzir ideias distorcidas como a que aparece na seguinte pergunta: http://www.if.ufrgs.br/cref/?area=questions&id=107
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