Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 8ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 8º - Capítulo 18.12 - Ex. 64
Efeito Leidenfrost. Quando se deixa cair uma gota d’água em uma frigideira cuja temperatura está entre e , a gota dura menos de . Entretanto, se a temperatura da frigideira é maior, a gota pode durar vários minutos, um efeito que recebeu o nome de um médico alemão que foi um dos primeiros a investigar o fenômeno. O efeito se deve à formação de uma fina camada de ar e vapor d’água que separa a gota do metal (Figura). Suponha que a distância entre a gota e a frigideira é e que a gota tem a forma de um cilindro de altura e área da base . Suponha também que a frigideira é mantida a uma temperatura constante e que a temperatura da gota é . A massa específica da água é e a condutividade térmica da camada que separa a gota da frigideira é . (a) Com que taxa a energia é conduzida da frigideira para a gota? (b) Se a condução é a principal forma de transmissão de energia da frigideira para a gota, quanto tempo a gota leva para evaporar?
Passo 1
(a) Ok, vamos focar no que é mais importante: calcular a taxa com que a energia vai da frigideira para a gota. Nem precisa se estressar muito com esse monte de informações, é só usar a fórmula:
Certo? Aí vamos aplicar isso naquela camada que separa a frigideira e a gota.
A única coisa que precisamos converter é o , que está em milímetros e precisa estar em metros. A temperatura tem que ser em Kelvin, mas como estamos tratando de uma variação dá no mesmo usar Celsius ou Kelvin!
E essa variação de temperatura é a diferença entre a temperatura da frigideira e a temperatura da gota d’água.
Beleza, vamos em frente.
Passo 2
(b) Quando ele diz que a condução é a “principal forma” de transporte de energia entre a frigideira e a gota, quer dizer que a gente pode ignorar as outras formas com que a energia é transmitida ali.
Então tá, o que tem que acontecer pra gota evaporar? Como ela já está a , agora só precisamos fornecer o calor de vaporização!
O valor do para água é tabelado e conhecido:
Falta calcular a massa! Vamos usar a densidade e o volume (já que a gota é um cilindro nesse caso)
Substituindo as informações das na questão, e lembrando de converter para :
Então:
Beleza, agora é só descobrir quanto tempo demora pra gota receber essa energia.
Passo 3
Bom, a taxa que a gente calculou na letra (a) dizia o seguinte:
Ou seja, a gota recebe Joules de energia a cada segundo!
Para sabermos quanto tempo ela demora para evaporar vamos fazer uma regra de três
Essa regra de três está dizendo o que? Se a gota recebe a cada segundo, quando tempo ela vai levar para receber , que é a energia necessária para ela evaporar.
Resolvendo a regra de três:
Resolvido!
Resposta
(a)
(b)