Um recipiente cilíndrico contém água e vapor à pressão atmosférica. Um pistão de seção reta igual a
está colocado na abertura superior do cilindro. Depois de 20 min você observa que o pistão desceu 5 cm . Calcule a quantidade de calor que saiu através das paredes do cilindro neste intervalo de tempo. ( Sugestão: considere a variação do volume igual à variação de volume do vapor dentro do cilindro.)
Passo 1
O enunciado descreve um sistema com água e vapor saturado à pressão atmosférica, sob um pistão de área de seção reta
. Em
min o pistão desce
. Como a pressão é constante, a descida do pistão implica na condensação de parte do vapor, reduzindo o volume interno em
. Queremos calcular o calor que saiu pelo envoltório nesse processo de condensação.
Passo 2
Calculemos a variação de volume interna
. Como o pistão desceu,
Convertendo para o SI:
Logo,
Passo 3
A redução de volume
resulta da condensação de massa
de vapor. No equilíbrio de vapor saturado a
, o volume específico do vapor é aproximadamente
Como o volume do líquido é desprezível, a massa condensada é
Passo 4
O calor liberado pela condensação de
é dado por
onde
é o calor latente de vaporização à
e
, ou seja
Assim,
Resposta
A quantidade de calor que saiu pelo envoltório foi de aproximadamente
.