Vapor a
e
é adicionado a uma lata de aço oca que é então selada e deixada esfriar.
(a) Qual é a pressão dentro da lata a
?
(b) A lata tem
de altura e
de diâmetro. Qual é a magnitude da força exercida pela atmosfera nas partes curvas e planas do exterior da lata?
© Assim que o vapor esfria a
, ele começa a se condensar em água líquida e a lata colapsa para dentro. Por que a lata manteve sua forma até
, mas não abaixo de
? (Dica: Pesquise lata de refrigerante em colapso em seu site de vídeo favorito da Internet.)
(a) Qual é a pressão dentro da lata a
(b) A lata tem
© Assim que o vapor esfria a
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma lata de aço oca que contém vapor a 120°C e 101,3 kPa. Essa lata é selada e deixada para esfriar. Precisamos resolver três partes:
a) Descobrir qual é a pressão dentro da lata quando a temperatura diminui para 101°C.
b) Calcular a força que a atmosfera exerce nas partes curvas e planas da lata.
c) Explicar por que a lata mantém sua forma até 101°C, mas colapsa quando esfria para 100°C.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de Termodinâmica, principalmente a Lei dos Gases Ideais, e também conceitos de Pressão e Força.
Passo 2
Vamos começar com a parte (a). Queremos encontrar a pressão dentro da lata quando a temperatura cai de 120°C para 101°C. Como a lata está selada, o volume não muda, então podemos usar a relação da Lei dos Gases Ideais que diz que, para um volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta (em Kelvin).
A fórmula que vamos usar é:
Onde:
- $ P_1 $ = Pressão inicial = 101,3 kPa
- $ T_1 $ = Temperatura inicial em Kelvin = 120°C + 273 = 393 K
- $ T_2 $ = Temperatura final em Kelvin = 101°C + 273 = 374 K
- $ P_2 $ = Pressão final que queremos encontrar
Passo 3
Agora, vamos isolar $ P_2 $ na fórmula:
Calculando:
Passo 4
Pronto, agora temos a pressão dentro da lata quando a temperatura é de 101°C, que é aproximadamente 96,4 kPa.
Resposta
(a) A pressão dentro da lata a 101°C é aproximadamente 96,4 kPa.