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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 14º - Capítulo 17.Problemas - Ex. 97

Em um recipiente de massa desprezível, misturamos 0,0400 kg de vapor d'água a 100 °C e adiciona-se pressão atmosférica a 0,200 kg de água a 50,0 °C. (a) Se nenhum calor é perdido para as vizinhanças, qual é a temperatura final do sistema? (b) Quantos quilogramas de vapor d'água e de água liquida permanecem em equilíbrio na temperatura final?

Passo 1

Fala galera, bora lá! Para resolver este problema, vamos colocar em prática nosso conhecimento sobre temperatura e calor, em que usaremos calor latente de vaporização de calor especifico ao longo de nossa resolução.

a) Calcularemos inicialmente o calor que deve ser rejeitado para condensar o vapor de agua adicionado ao sistema. Utilizaremos a equação 17.20 do livro texto e o calor latente de vaporização da água que pode ser obtido através da tabela 17.4 do livro texto.

Q = - m v L f

Q = - 0,0400 2256 × 10 3

Q = - 9,02 × 10 4   J

Passo 2

Calcularemos agora o calor máximo que pode ser adicionado a água liquida até que a mesma atinja o ponto de ebulição a 100 °C.

Q = m c Δ T

Q = 0,200 4190 100 - 50

Q = 4,19 × 10 4   J

Finalmente comparamos o resultado das duas equações acima e concluímos que o calor liberado pelo vapor de água adicionado é maior que o calor máximo que a agua liquida pode absorver, logo a água liquida atingirá a temperatura de ebulição que será a temperatura no equilíbrio, ou seja T = 100   ° C .

Passo 3

b) Calcularemos agora a massa de vapor que condensará até o equilíbrio. Sabemos que o calor máximo absorvido pela água liquida é Q = 4,19 × 10 4   J . Assim a massa de vapor condensada pode ser calculada substituindo esse valor na equação 17.20 do livro texto

m = Q L v = 4,19 × 10 4 2256 × 10 3

Concluímos que a massa de vapor condensada durante o processo será

m = 0,0186   k g

Resposta

  1. A água liquida atingirá a temperatura de ebulição que será a temperatura no equilíbrio, ou seja T = 100   ° C .
  2. A massa de vapor condensada durante o processo será m v = 0,0186   k g

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