Em um reservatório de água, isolado termicamente,
de água líquida a
é convertido a vapor a
, por ebuilição, à pressão atmosférica. O volume muda de
no estado líquido para
de vapor. Qual a mudança na energia interna do sistema durante o processo de ebulição?
Dados:
- Calor latente do vapor,
.
- Pressão atmosférica,
.
Dados:
Passo 1
Vamos lá, amigo! O problema fala sobre a mudança na energia interna de um sistema quando água líquida é convertida em vapor dentro de um reservatório isolado termicamente. A gente vai precisar usar conceitos de calor latente de vapor e trabalho realizado pelo sistema durante a expansão de volume. Para resolver, vamos calcular a variação da energia interna considerando tanto o calor absorvido quanto o trabalho realizado.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os dados que temos:
- Massa da água,
- Calor latente de vaporização,
(ou ) - Pressão atmosférica,
- Variação de volume,
(como é muito pequeno comparado a )
Passo 3
Sabemos que a variação da energia interna (
) pode ser calculada pela equação da primeira lei da termodinâmica:
Como o reservatório é isolado termicamente, não há troca de calor com o ambiente, ou seja,
. Porém, durante a vaporização, o sistema absorve calor para mudar de fase, que usamos o calor latente:
Além disso, o sistema realiza trabalho durante a expansão do vapor, calculado por:
Portanto, substituindo na primeira lei:
Passo 4
Vamos calcular cada parte separadamente.
Primeiro, o calor absorvido:
Depois, o trabalho realizado:
Passo 5
Agora, subtraímos o trabalho do calor absorvido para encontrar a variação da energia interna:
Resposta
A mudança na energia interna do sistema durante o processo de ebulição é de aproximadamente
.
Exercícios relacionados
(b) Coloca-se entre as duas partículas uma terceira, de massa
, em repouso, alinhada com
e
. Mostre que a transferência de energia cinética de
para
é máxima quando
. Mostre que, para
, a presença da partícula intermediária possibilita transferir mais energia cinética de
para
do que no caso
.
Em um calorímetro ideal, são colocados 100 g de gelo a
e 100 g de água a
que entram em equilíbrio térmico. Em seguida, é inserida no calorímetro uma massa
de alumínio a uma temperatura de 110
. A temperatura final de equilíbrio é
. Considere:
- Calor específico da água
. - Calor específico do alumínio
- Calor latente de fusão
Calcule o valor de.
Em um recipiente adiabático de capacidade térmica desprezível, misturouse uma amostra de gelo a temperatura de
com uma amostra de 360 g de uma substância
a uma temperatura de
. O equilíbrio térmico ocorre a uma temperatura de
. Durante a experiência, a substância
não muda de estado. Calcule a massa da amostra de gelo.
Dados:
Dados:
- Calor específico da água
. - Calor específico do gelo
. - Calor específico da substância
. - Calor latente de fusão do gelo
58 - Uma moeda nāo carregada está em uma região que tem um campo elétrico uniforme de módulo igual a
dirigido perpendicularmente às suas faces. (a) Determine a densidade de carga em cada face da moeda, considerando que elas sejam planas. (b) Seo raio da moeda é
, determine a carga total em uma das faces.