(Unifesp) Os líquidos podem se transformar em vapor por evaporação ou por ebulição. Enquanto a evaporação é um fenômeno espontâneo, restrito à superfície do líquido e que pode ocorrer a temperatura e pressão ambientes, a ebulição ocorre em todo o líquido, sob condições de pressão e temperatura determinadas para cada líquido. Mas ambas as transformações, para se efetivarem, exigem o consumo da mesma quantidade de calor por unidade de massa transformada.
a) Quando as roupas são estendidas nos varais, ou a água no piso molhado de um ambiente é puxada pelo rodo, tem-se por objetivo apressar a secagem - transformação da água em vapor - dessas roupas ou do piso. Qual a causa comum que se busca favorecer nesses procedimentos? Justifique.
b) Avalia-se que a área da superfície da pele de uma pessoa adulta seja, em média, da ordem de 1,0 m^2. Suponha que, ao sair de uma piscina, uma pessoa retenha junto à pele uma camada de água de espessura média 0,50 mm. Qual a quantidade de calor que essa camada de água consome para evaporar? Que relação tem esse cálculo com a sensação de frio que sentimos quando estamos molhados, mesmo em dias quentes? Justifique.
(Dados: densidade da água =1000 kg / m^3; calor latente de vaporização da água =2300 kJ / kg). Resp: b) 1150 kJ

Passo 1

O enunciado aborda a evaporação da água e o calor latente de vaporização, perguntando em (a) qual a causa comum que aceleramos ao puxar a água do piso ou ao estender roupas e, em (b) qual o calor consumido ao evaporar a camada de água que fica na pele de área 1,0 m^2 e espessura 0,50 mm. Vamos usar conceitos de taxa de evaporação, calor latente e cálculo de massa a partir de volume e densidade.

Passo 2

A evaporação só ocorre na superfície do líquido e sua velocidade depende diretamente da área exposta e da renovação do ar saturado junto a ela. Tanto ao estender roupas (aumentando a área livre) quanto ao passar o rodo (afinando a camada de água e dispersando o vapor) estamos favorecendo um aumento da área de contato com o ar e removendo o vapor já formado, o que mantém alto o gradiente de pressão parcial de vapor. Assim, em ambos os casos o que se busca é aumentar a taxa de evaporação.

Passo 3

Para (b) primeiro calculamos a massa de água retida pela pele. A área é A=1,0 m^2 e a espessura média é
h = 0,50 mm = 5,0times10^-4 m
O volume de água é
V = A,h = 1,0 m^2 times 5,0times10^-4 m = 5,0times10^-4 m^3
Como a densidade da água é rho = 1000 kg/m^3, a massa vale
m = rho,V = 1000 kg/m^3times5,0times10^-4 m^3 = 0,5 kg

Passo 4

Sabendo que o calor latente de vaporização é L = 2300 kJ/kg, o calor necessário para evaporar essa massa é
Q = m,L = 0,5 kgtimes2300 kJ/kg = 1150 kJ
Esse calor é retirado do corpo (da própria pele), baixando a temperatura da superfície e causando a sensação de frio, mesmo que o ambiente esteja quente. Em outras palavras, ao evaporar o filme de água nós “gastamos” energia térmica do nosso corpo, o que dá a impressão de refrescância ou frio.

Resposta

(a) Aumentar a área de superfície exposta e renovar o ar saturado junto à água para elevar a taxa de evaporação.
(b) 1150 kJ.

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