Termodinâmica I · Episódio 8

O iceberg que rouba calor sem esquentar

Calor latente e mudanças de fase

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 81 / 20

O caso

Iceberg com a linha d'água: ponta pequena, base enorme; termômetro parado no zero

Atlântico Norte, 14/04/1912, 23h40
só 8,3% do gelo fora d'água (917 contra 1 000 )
1 t de gelo a 0 °C pede 334 MJ só para derreter
80 kg de água fervente até 0 °C: só 33,5 MJ

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 82 / 20

O caso

Atlântico Norte, 14/04/1912, 23h40
só 8,3% do gelo fora d'água (917 contra 1 000 )
1 t de gelo a 0 °C pede 334 MJ só para derreter
80 kg de água fervente até 0 °C: só 33,5 MJ

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 82 / 20

O caso

Atlântico Norte, 14/04/1912, 23h40
só 8,3% do gelo fora d'água (917 contra 1 000 )
1 t de gelo a 0 °C pede 334 MJ só para derreter
80 kg de água fervente até 0 °C: só 33,5 MJ

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 82 / 20

O caso

Atlântico Norte, 14/04/1912, 23h40
só 8,3% do gelo fora d'água (917 contra 1 000 )
1 t de gelo a 0 °C pede 334 MJ só para derreter
80 kg de água fervente até 0 °C: só 33,5 MJ

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 82 / 20

Pergunta do episódio

Para onde vai o calor que entra no gelo sem mexer no termômetro?

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 83 / 20

Conceito 1 — Calor latente

Mesma barra de calor: num painel a coluna sobe, no outro fica em 0 °C

latente: "escondido": termômetro não acusa

em J/kg ou cal/g
fase muda, temperatura constante

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 84 / 20

Exemplo resolvido — a tonelada de gelo

1 000 kg de gelo a 0 °C viram água a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, 334 MJ, recebidos

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 85 / 20

Exemplo resolvido — a tonelada de gelo

1 000 kg de gelo a 0 °C viram água a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, 334 MJ, recebidos

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 85 / 20

Exemplo resolvido — a tonelada de gelo

1 000 kg de gelo a 0 °C viram água a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, 334 MJ, recebidos

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 85 / 20

Conceito 2 — Os dois pedágios da água

Barras de 1 kg na mesma escala: 334 kJ e 2 256 kJ

fusão a 0 °C: 334 kJ/kg, ou 80 cal/g
vaporização a 100 °C: 2 256 kJ/kg, ou 540 cal/g
ida: positivo · volta: negativo, mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 86 / 20

Conceito 2 — Os dois pedágios da água

fusão a 0 °C: 334 kJ/kg, ou 80 cal/g
vaporização a 100 °C: 2 256 kJ/kg, ou 540 cal/g
ida: positivo · volta: negativo, mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 86 / 20

Conceito 2 — Os dois pedágios da água

fusão a 0 °C: 334 kJ/kg, ou 80 cal/g
vaporização a 100 °C: 2 256 kJ/kg, ou 540 cal/g
ida: positivo · volta: negativo, mesmo

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 86 / 20

Exemplo resolvido — chuveiro fervendo 1 kg

Chuveiro de 5 500 W, 1 kg de água já a 100 °C, tudo vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 6,8 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 87 / 20

Exemplo resolvido — chuveiro fervendo 1 kg

Chuveiro de 5 500 W, 1 kg de água já a 100 °C, tudo vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 6,8 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 87 / 20

Exemplo resolvido — chuveiro fervendo 1 kg

Chuveiro de 5 500 W, 1 kg de água já a 100 °C, tudo vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

cerca de 6,8 min

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 87 / 20

Conceito 3 — Curva de aquecimento

Temperatura contra calor: rampas e dois patamares, em 0 e 100 °C

rampa: calor sensível · inclinação
patamar: troca de fase · comprimento
patamar baixo: fusão · patamar alto: ebulição

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 88 / 20

Conceito 3 — Curva de aquecimento

rampa: calor sensível · inclinação
patamar: troca de fase · comprimento
patamar baixo: fusão · patamar alto: ebulição

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 88 / 20

Conceito 3 — Curva de aquecimento

rampa: calor sensível · inclinação
patamar: troca de fase · comprimento
patamar baixo: fusão · patamar alto: ebulição

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 88 / 20

Exemplo resolvido — L lido no gráfico

100 g de substância; primeiro patamar dura 8 000 cal

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fusão

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 89 / 20

Exemplo resolvido — L lido no gráfico

100 g de substância; primeiro patamar dura 8 000 cal

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fusão

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 89 / 20

Exemplo resolvido — L lido no gráfico

100 g de substância; primeiro patamar dura 8 000 cal

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

fusão

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 89 / 20

Conceito 4 — O gelo como ralo de calor

Extrato: gelo +334 MJ contra água fervente −33,5 MJ

gelo não "faz frio": recebe calor sem esquentar
isopor: cada grama derretido puxa 80 cal
sinal antes da conta: quem cede tem

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 810 / 20

Conceito 4 — O gelo como ralo de calor

gelo não "faz frio": recebe calor sem esquentar
isopor: cada grama derretido puxa 80 cal
sinal antes da conta: quem cede tem

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 810 / 20

Conceito 4 — O gelo como ralo de calor

gelo não "faz frio": recebe calor sem esquentar
isopor: cada grama derretido puxa 80 cal
sinal antes da conta: quem cede tem

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 810 / 20

Exemplo resolvido — a água fervente

80 kg de água esfriam de 100 °C a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, −33,5 MJ · o gelo leva 10 vezes isso

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 811 / 20

Exemplo resolvido — a água fervente

80 kg de água esfriam de 100 °C a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, −33,5 MJ · o gelo leva 10 vezes isso

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 811 / 20

Exemplo resolvido — a água fervente

80 kg de água esfriam de 100 °C a 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

isto é, −33,5 MJ · o gelo leva 10 vezes isso

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 811 / 20

Conceito 5 — Sensível + latente

Barra única em quatro trechos; a vaporização ocupa quase tudo

uma parcela por trecho da curva
rampa: (c da fase) · patamar:
desenhar a curva antes de somar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 812 / 20

Conceito 5 — Sensível + latente

uma parcela por trecho da curva
rampa: (c da fase) · patamar:
desenhar a curva antes de somar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 812 / 20

Conceito 5 — Sensível + latente

uma parcela por trecho da curva
rampa: (c da fase) · patamar:
desenhar a curva antes de somar

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 812 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (1/2)

1 kg de gelo a −10 °C até vapor a 100 °C · gelo esquenta e derrete

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 813 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (1/2)

1 kg de gelo a −10 °C até vapor a 100 °C · gelo esquenta e derrete

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 813 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (1/2)

1 kg de gelo a −10 °C até vapor a 100 °C · gelo esquenta e derrete

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 813 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (2/2)

Água esquenta de 0 a 100 °C e vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

soma das quatro:

74% é vapor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 814 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (2/2)

Água esquenta de 0 a 100 °C e vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

soma das quatro:

74% é vapor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 814 / 20

Exemplo resolvido — do gelo ao vapor (2/2)

Água esquenta de 0 a 100 °C e vira vapor

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

soma das quatro:

74% é vapor

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 814 / 20

Conceito 6 — Temperatura não é energia

Xícara a 90 °C com barra curta; bloco de gelo a 0 °C com barra enorme

suor que evapora leva cerca de 540 cal/g da pele
temperatura: sentido do fluxo · energia: quanto flui
iceberg a 0 °C > xícara a 90 °C em energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 815 / 20

Conceito 6 — Temperatura não é energia

suor que evapora leva cerca de 540 cal/g da pele
temperatura: sentido do fluxo · energia: quanto flui
iceberg a 0 °C > xícara a 90 °C em energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 815 / 20

Conceito 6 — Temperatura não é energia

suor que evapora leva cerca de 540 cal/g da pele
temperatura: sentido do fluxo · energia: quanto flui
iceberg a 0 °C > xícara a 90 °C em energia

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 815 / 20

Exemplo resolvido — a xícara de café

200 g de café a 90 °C esfriam até 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

334 MJ do gelo: cerca de 4 450 xícaras

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 816 / 20

Exemplo resolvido — a xícara de café

200 g de café a 90 °C esfriam até 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

334 MJ do gelo: cerca de 4 450 xícaras

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 816 / 20

Exemplo resolvido — a xícara de café

200 g de café a 90 °C esfriam até 0 °C;

Fórmula:

Substituição:

Resultado:

334 MJ do gelo: cerca de 4 450 xícaras

Professor Canário · Termodinâmica I · Episódio 816 / 20

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