Física II ⇒ Troca de calor e pressão Tópico resolvido

[Brunoranery]

Para a reunião de uma empresa, um dos organizadores
solicitou a um funcionário que preparasse chá gelado em
uma garrafa térmica. O funcionário abriu a tampa da gar-
rafa e colocou 4 cubos de gelo em seu interior, sendo que
cada cubo tem 50 g e estavam, inicialmente, à uma tem-
peratura de –20 °C. Logo após ter colocado os cubos na
garrafa, ele recebeu um novo pedido para que fizesse café
quente em vez de chá gelado. Então, ele tentou retirar os
cubos da garrafa térmica sem sucesso, até que teve a ideia
de aproveitar a água que estava esquentando no fogão a
50 °C, colocando 400 g dela dentro da garrafa para tentar
derreter o gelo, preenchendo-a até metade de seu volume.
Todo esse processo foi feito rapidamente e ele tampou a
garrafa. Os calores específicos do gelo e da água são, res-
pectivamente, 0,5 cal/g°C e 1 cal/g°C, e o calor latente de
fusão do gelo é 80 cal/g. A temperatura ambiente nesse
dia era de 25 °C e o funcionário, após ter colocado a água
quente e fechado a garrafa, esperou bastante tempo para
abri-la novamente. Considerando que a garrafa térmica im-
pede totalmente a troca de calor com o meio externo, ao
abri-la novamente, com relação à força que fez da primeira
vez para abrir a garrafa, esse funcionário precisou fazer
uma força

A) menor, apesar de todo o gelo no interior da garrafa
ter derretido.

B) maior, apesar de todo o gelo no interior da garrafa
ter derretido.

C) igual, pois a temperatura final do sistema não faz
diferença na força aplicada.

D) maior, pois parte do gelo no interior da garrafa não
derreteu.

E) menor, pois a temperatura final do sistema é maior
que a do ambiente.

Resposta

---

Letra B

Pessoal, fiz toda a troca de calor e deu uma temperatura final de [tex3]3,3^{\circ}[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]3,3^{\circ}[/tex3]

C. Portanto, não precisa fazer essa parte trabalhosa.
O que eu queria saber é: Se a temperatura final do conteúdo internamente é de 3,3 graus celsius, e a do ar fora da garrafa é de uns 25 graus celsius, por que a força que ele tem que fazer é maior? O ar de dentro da garrafa não estará mais frio e por conta da menor agitação molecular, terá maior pressão? Nesse caso a pressão interna ficará maior que a externa e nesse caso ficará mais fácil de abrir, não?

[Planck]

Olá, Brunoranery.

Podemos analisar que o ar que está dentro da garrafa sofre um transformação isocórica (isovolumétrica). Nesse contexto, o ar, na presença da água em [tex3]3,3 \ \degree \text C,[/tex3]

Código: Selecionar tudoSHIFT+Click na eq = ZOOM

[tex3]3,3 \ \degree \text C,[/tex3]

irá se resfriar. Mas, como sabemos, pela Lei de Gay-Lussac:

Para uma certa massa fixa de gás, com seu volume constante, sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura.

Diante disso, podemos afirmar que a pressão interna da garrafa irá diminuir. Com isso, a pressão externa será maior, o que dificulta a abertura da garrafa - como acontece com a porta da geladeira.