Qual é o calor transferido para a sua pele quando ela recebe o calor liberado por:
(a) 25 g de vapor dágua, inicialmente
, quando ele esfria até atingir a temperatura da pela
?
(b) 25 g de água, inicialmente
, quando ele esfria até atingir a temperatura da pela
?
(c) O que você pode concluir acerca da intensidade relativa de queimadura causada por água quente e da queimadura causada por vapor d’água?
Dados:
(a) 25 g de vapor dágua, inicialmente
(b) 25 g de água, inicialmente
(c) O que você pode concluir acerca da intensidade relativa de queimadura causada por água quente e da queimadura causada por vapor d’água?
Passo 1
O que o enunciado pede:
- (a) Calcular o calor transferido para a pele quando
de vapor d’água a esfriam até a temperatura da pele . - (b) Calcular o calor transferido para a pele quando
de água líquida a esfriam até . - (c) Tirar uma conclusão sobre a intensidade relativa de queimadura causada por água quente e por vapor d’água.
Informações fornecidas pelo enunciado (vou listar exatamente os dados dados):
- Massa:
. - Temperatura inicial:
. - Temperatura final (pele):
. - Calor latente de vaporização:
. - Calor específico da água:
.
Passo 2
Fórmulas físicas e o que cada símbolo significa (bem devagarinho):
- Calor sensível (troca de temperatura) liberado por uma massa
ao cair de para :
onde
é a massa em
,
é o calor específico em
e
em
(ou
, pois diferença de temperatura tem mesma unidade).
- Calor latente liberado na condensação do vapor (quando vapor vira água líquida à mesma temperatura):
onde
é o calor latente em
.
No caso do vapor a
que atinge a pele a
, temos duas etapas de liberação de energia:
- Condensação do vapor a
: . - Resfriamento da água condensada de
até : .
O calor total liberado pelo vapor é a soma:
Para a água líquida (
até
) só há a troca sensível:
Passo 3
Converter massa para unidades compatíveis e calcular
:
- Massa dada:
. (pois ) - Diferença de temperatura:
.
Passo 4
Cálculo detalhado do caso (a) — vapor que condensa e depois esfria:
- Calor liberado na condensação:
Um jeito prático de calcular:
, então
- Calor liberado ao resfriar a água de
para :
Calcule por partes:
.
-
. -
.
Somando:.
Agora multiplicar por(ou dividir por ):
- Calor total liberado pelo vapor:
Passo 5
Cálculo detalhado do caso (b) — água líquida que apenas esfria de
para
:
Já calculamos a expressão
no passo anterior:
Passo 6
Comparação, interpretação e conclusão (resposta à pergunta (c)):
- Energia liberada pelo vapor:
. - Energia liberada pela mesma massa de água líquida:
.
Razão entre as energias:
Ou seja, para a mesma massa e mesma temperatura inicial, o vapor libera cerca de
vezes mais energia ao atingir a pele do que a água líquida.
Interpretação física e conclusão didática (calor é o que queima): a maior parte da energia extra transferida pelo vapor vem do calor latente de condensação
. Quando o vapor encontra a pele ele se condensa liberando muito mais energia do que simplesmente a água quente ao esfriar. Por isso pequenas quantidades de vapor podem causar queimaduras muito mais severas do que quantidades iguais de água líquida à mesma temperatura. Em resumo: vapor d’água é muito mais perigoso para queimaduras do que água quente líquida nas mesmas condições iniciais.
Você está indo bem — essa distinção entre calor sensível e calor latente é justamente a chave para entender por que vapor que condensa causa queimaduras mais graves.
Resposta
(a)
(b)
(c) O vapor d’água libera cerca de
vezes mais energia do que a mesma massa de água líquida nas mesmas temperaturas iniciais; portanto o vapor causa queimaduras muito mais intensas devido ao calor latente de condensação.