Um cilindro termicamente isolado tem uma de suas extremidades fechadas por um pistão móvel, também isolado, que mantém a pressão constante no interior do cilindro. O cilindro contém uma certa quantidade de um material sólido à temperatura Ti = 134 °C. Um aquecedor transfere continuamente 3000 W de potência para o sistema, levando-o à temperatura final Tf = 114 °C. O gráfico e a tabela apresentam os diversos processos pelos quais o sistema passa em função do tempo.
a) Determine a energia total, E, fornecida pelo aquecedor desde Ti = -134 °C até Tf = 114 °C.
b) Identifique, para esse material, qual dos processos (I, II, III, IV ou V) corresponde à mudança do estado sólido para o estado líquido.
c) Sabendo que a quantidade de energia fornecida pelo aquecedor durante a vaporização é 1,2 x 106 J, determine a massa, M, do material.
d) Determine o calor específico a pressão constante, cp, desse material no estado líquido.
Note e adote:
Calor latente de vaporização do material = 800 J/g.
Desconsidere as capacidades térmicas do cilindro e do pistão.
a) De acordo com a tabela fornecida, o intervalo de tempo necessário para elevar a temperatura de –134 °C a 114 °C é de 760 s. Sabendo que a potência transferida ao sistema é de 3000 W, a quantidade de energia (E) transferida é obtida pela equação:
b) O material encontra-se inicialmente no estado sólido, a –134 °C. A transição para o estado líquido ocorre no primeiro intervalo no qual a temperatura permanece constante. De acordo com a tabela fornecida, esse intervalo corresponde ao processo II.
c) Sabendo-se que a quantidade de energia fornecida pelo aquecedor durante a vaporização (IV) é 1,2 · 106 J, determina-se a massa vaporizada aplicando a expressão do calor latente.
d) O calor específico a pressão constante (cp) do material no estado líquido deve ser determinado através do processo III.
