A quantidade de calor necessária para transforma 0,4kg de agua a 20⁰c em vapor de água a 120⁰?
Dado: calor específico da água c=1cal/g ⁰C
Calor latente vaporizacão da água Lv= 540cal/g
Calor específico do vapor de água C= 0,5cal/g ⁰C
Respostas
É necessário dividir esse problema em quatro partes: Na primeira aqueceremos os 0,4 kg de água de 20 ºC para 100ºC, em seu ponto de ebulição (Sem mudar seu estado físico), depois transforemos os 0,4 kg de água em vapor (alterando seu estado físico sem alterar sua temperatura), e então aumentaremos a temperatura dos 0,4 kg de vapor, de 100 ºC para 120ºC. Finalmente, juntaremos todo o calor utilizado nas três etapas anteriores.
Antes de tudo, porém, note que suas constantes são dadas em termos de gramas, e não quilogramas, então podemos converter, sabendo que 1 kg tem 1000 g, de forma que os 0,4 kg de água serão, para efeitos de cálculo, 400 g, que usarei nas fórmulas.
Vamos lá:
→ Primeira etapa (Aquecimento sem alteração do estado Físico)
Falamos aqui sobre a energia necessária (Ou calor) para mudar a temperatura, então precisamos do Calor Sensível, ou ainda:
Q = m×C×ΔT, onde:
Q - Calor [J]
m - Massa [kg]
C - Capor específico da água [cal/g ºC]
ΔT - Variação da temperatura [A unidade é indiferente]
Observação: Vale lembrar que a variação de temperatura será sempre (Temperatura Final - Temperatura Inicial)
Logo, substituímos na fórmula:
Q = 400 × 1 × (100 - 20)
Q = 400 × 80
Q = 32000 J
→ Segunda etapa (Alteração do estado Físico sem mudança de temperatura)
Neste caso o calor envolvido no processo precisa alterar o estado físico, e não a temperatura, então usamos o Calor Latente, ou ainda:
Q = m × L, onde:
Q - Calor [J]
m - Massa [kg]
L - Calor latente de vaporização da água [cal/g]
Substituindo na fórmula:
Q = m × L
Q = 400 × 0,5
Q = 200 J
→ Terceira etapa (Aquecimento sem alteração do estado Físico)
Mais uma vez alteramos a temperatura sem mudar sua temperatura, então utilizaremos o Calor Sensível novamente (Dessa vez, porém, considerando o calor específico do vapor d'água):
Q = m × C × ΔT
Q = 400 × 0,5 × (120 - 100)
Q = 4000 J
→ Quarta etapa (Junção dos calores individuais)
Sabemos que na primeira etapa foi utilizado 32000 J, na segunda foi utilizado 200 J e na terceira 4000 J.
O calor total será a soma desses três valores, ou seja:
Q = 32000 + 200 + 4000
Logo, Q = 36200 J foram utilizados no processo.