O conceito de entalpia é central para muitas discussões termodinâmicas sobre processos, tais como transformações físicas e reações químicas que ocorrem sob condições climáticas. condições de pressão constante. Uma mudança na entalpia é igual à energia transferida como calor a pressão constante. A entalpia, H, é definida como:
. Explique porque a variação de entalpia pode ser dada por
.
Imagine que uma amostra de a água é aquecida até ferver sob uma pressão de
. Quando uma corrente elétrica de
de uma fonte de 12 V é passada por 300 s através de uma resistência em contato térmico com a água. Nesse processo
de água é vaporizada. A mudança de entalpia será? Dado:
. Massas molares de hidrogênio e oxigênio são:
.
Imagine que uma amostra de a água é aquecida até ferver sob uma pressão de
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre entalpia, que é uma grandeza importante na termodinâmica, especialmente quando a gente estuda como a energia se comporta em processos como mudanças de fase ou reações químicas sob pressão constante. Para resolver, vamos precisar entender o que é entalpia, como calcular a variação dela e aplicar isso no contexto da água sendo aquecida e vaporizada com a ajuda de uma corrente elétrica.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é entalpia (H). A entalpia é definida pela fórmula:
Onde:
- $ H $ é a entalpia,
- $ U $ é a energia interna,
- $ p $ é a pressão,
- $ V $ é o volume.
Quando falamos de mudanças na entalpia ($ \Delta H $), estamos interessados em como essa quantidade de energia muda durante um processo à pressão constante. A relação dada no enunciado é:
Aqui:
- $ dH $ é a variação infinitesimal de entalpia,
- $ T $ é a temperatura,
- $ dS $ é a variação infinitesimal de entropia.
Essa equação mostra que, em um processo à pressão constante, a mudança na entalpia está diretamente relacionada com a transferência de calor ($ Q $) na temperatura $ T $, porque $ Q = T , dS $.
Passo 3
Agora, vamos para a segunda parte do exercício, que é um problema prático. A gente tem os seguintes dados:
- Corrente elétrica ($ I $) = 0,50 A
- Tensão ($ V $) = 12 V
- Tempo ($ t $) = 300 s
- Massa de água vaporizada ($ m $) = 0,798 g
- Valor de AVs (entalpia de vaporização) = 1 J
- Massas molares: Hidrogênio = 1 g/mol, Oxigênio = 16 g/mol
Primeiro, precisamos calcular a energia elétrica fornecida ao sistema. A fórmula para isso é:
Onde:
- $ Q $ é a energia em Joules,
- $ V $ é a tensão em Volts,
- $ I $ é a corrente em Amperes,
- $ t $ é o tempo em segundos.
Passo 4
Vamos substituir os valores na fórmula:
Então, foram fornecidos 1800 Joules de energia elétrica à água.
Passo 5
Sabemos que a entalpia de vaporização ($ \Delta H_{vap} $) é a quantidade de energia necessária para vaporizar uma certa massa de água. Segundo o enunciado, $ AVs = 1 , J $. Isso significa que para cada grama de água vaporizada, são necessários 1 Joule de energia.
Portanto, para vaporizar 0,798 g de água, a mudança de entalpia será:
Resposta
A mudança de entalpia ($ \Delta H $) durante o processo é de 0,798 J.