V. ANÁLISE DOS RESULTADOS
- Ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água é de
. O vapor de água é utilizado para aquecer o sistema e a leitura no termômetro se propõe a medir a temperatura final da haste metálica. Seria razoável considerar
como sendo a temperatura final da haste? Explique.
Passo 1
O enunciado diz que temos vapor de água a pressão ambiente (nível do mar) que ferve a
e esse vapor é usado para aquecer uma haste metálica, cuja temperatura final será lida por um termômetro. O conteúdo envolve transferência de calor por condensação de vapor saturado e equilíbrio térmico. Vamos usar o fato de que vapor saturado condensa a temperatura constante e que o equilíbrio térmico ocorre quando a haste atinge a mesma temperatura do vapor.
Passo 2
Em condições de pressão ambiente (aproximadamente
), o vapor saturado de água existe exatamente à temperatura de ebulição, isto é,
Enquanto houver vapor se condensando, a temperatura de todas as superfícies em contato com ele permanece em
, já que a mudança de fase libera calor latente sem variar a temperatura.
Passo 3
Ao colocar a haste metálica fria no interior do vapor saturado, o vapor aliviará calor latente ao condensar sobre a superfície da haste. Esse calor é transferido para a haste até que sua temperatura se aproxime de
. Durante esse processo, há sempre uma diferença de temperatura positiva (vapor a
e haste mais fria), garantindo fluxo de calor e condensação contínua.
Passo 4
Quando a haste atingir
, não haverá mais gradiente de temperatura entre o vapor saturado e a superfície da haste. Assim, a taxa de condensação cai a zero e o sistema atinge equilíbrio térmico. A partir desse ponto, mesmo que mais vapor seja fornecido, ele não se condensa (a menos que a haste esfrie) e a temperatura da haste não sobe além de
.
Passo 5
A menos que o vapor seja superaquecido (situação em que sua temperatura excede
), todo vapor em equilíbrio com água líquida atinge exatamente
. Portanto, na situação descrita (vapor saturado a
), a temperatura final da haste será
.
Resposta
Sim. Para vapor saturado de água à pressão de 1 atm, toda condensação ocorre a
, e a haste só alcança essa temperatura em equilíbrio, não podendo ultrapassá-la nessa condição.