(a) Calcule o possível aumento na temperatura para água passando pelas Cataratas do Niágara, com uma altura de 49,4 m. (b) Que fatores tendem a evitar esse possível aumento?
Passo 1
O enunciado pede o aumento de temperatura que a água sofreria ao cair de
,m nas Cataratas do Niágara, supondo que toda a energia potencial gravitacional se transforme em calor. O conteúdo envolvido é conservação de energia e calorimetria, usando a relação entre energia potencial, capacidade térmica e variação de temperatura. Vamos precisar de
(aceleração da gravidade),
(altura da queda) e
(capacidade térmica da água).
Passo 2
Escrevemos o balanço energético por quilograma de água: a perda de energia potencial
(com
,kg) vira energia interna
. Logo,
Cancelando
, obtemos
Passo 3
Substituindo os valores usuais
temos
Passo 4
Na prática a temperatura não sobe tanto porque nem toda a energia potencial vira calor interno da água. Parte vai para energia cinética do fluxo e turbulência, sendo dissipada como som e movimento, outra parte escapa por evaporação e convecção com o ar, há perdas por radiação térmica e mistura com água já mais fria na base da queda.
Resposta
(a)
(b) Turbulência, som e movimento, evaporação, convecção, radiação e mistura com água fria impedem que toda a energia potencial vire calor interno.
(b) Turbulência, som e movimento, evaporação, convecção, radiação e mistura com água fria impedem que toda a energia potencial vire calor interno.