1- Em determinado verão na cidade de Londres a temperatura mínima foi de 50°F e a máxima de 86°F
a) Quais as temperatura minimas e máximas em Celsius?
b)Quais as temperaturas mínimas e máximas na escala Kelvin?
2-Explique o comportamento anômalo da água
3- Explique o ponto triplo da água
Obs: Tc/5 = TF-32/9
TK-273/5 = TF-32/9
Soluções para a tarefa
Resposta:
1: a) Tc ≈ 232 °C, mínimo; Tc ≈ 412 °C, máximo. b) TK ≈ 101 K, mínimo; TK ≈ 137 K, máximo.
Explicação:
1 - Utilizando as equações para mudança de unidade da temperatura T:
Tc/5 = TF - 32/9
TK - 273/5 = TF - 32/9
a) Mudança para Celsius dos mínimos:
Tc/5 = 50 - 32/9
Tc = 5(450 - 32)/9
Tc ≈ 232 °C.
Mudança para Celsius dos máximos:
Tc/5 = 86 - 32/9
Tc = 5(774 - 32)/9
Tc ≈ 412 °C.
b) Mudança para Kelvin dos mínimos:
TK - 273/5 = TF - 32/9
TK = 50 - 32/9 + 273/5
TK = (450 - 32)/9 + 273/5
TK ≈ 101 K.
Mudança para Kelvin dos máximos:
TK - 273/5 = TF - 32/9
TK = 86 - 32/9 + 273/5
TK = (774 - 32)/9 + 273/5
TK ≈ 137 K.
2 - Geralmente as substâncias se dilatam quando aquecidas e contraem quando resfriadas. A água, contudo, não possui este comportamento. De 4 ºC até 100 ºC, a água comporta-se normalmente como qualquer outra substância, aumentando seu volume quando aquecida, mas de 0ºC a 4ºC, ela se contrai ao ser aquecida, ao invés de se dilatar. Aí está o comportamento anômalo da água!
Antes de explicar este comportamento, verifiquemos alguns fatos:
- Conforme se aquece a água, seu volume diminui (entre 0ºC e 4ºC);
- Conforme se aquece a água, seu volume aumenta (entre 4ºC e 100ºC);
- Entre 4ºC e 100ºC a densidade da água diminui, pois seu volume aumenta (a densidade mínima ocorre em 100ºC, quando a água começa se transformar em vapor);
- Entre 0ºC e 4ºC a densidade da água aumenta, pois seu volume diminui (a densidade máxima ocorre em 4ºC, onde o seu volume é o menor possível);
Em 0 ºC, temos o estado sólido da água, quando ela se torna gelo. O volume deveria ser mínimo devido ao fato de ser um sólido (moléculas fortemente ligadas). Mas isso não acontece por causa das pontes de hidrogênio que são formadas no estado sólido da água. Elas ocorrem por meio de uma ligação molecular originada da atração de polos negativos e positivos de moléculas diferentes, gerando uma geometria no gelo que exige uma área maior.
Logo, com uma área maior (maior volume), mas com a mesma massa de água, a densidade tende a diminuir, fazendo o gelo flutuar na água.
Ao aquecer a água, há uma agitação maior das moléculas, quebrando as pontes de hidrogênio. Dessa forma, de 0ºC a 4ºC, quando a temperatura começa a aumentar, as pontes começam a ser quebradas, mas em vez de aumentar o volume da água, ele diminui, devido a quebra das pontes, fazendo diminuir a área ocupada por elas.
Ou seja, no estado de gelo o volume era maior do que entre 0 ºC e 4 ºC. Quando maior parte das pontes são desfeitas em 4 ºC, a água tem seu volume mínimo e, a partir desse momento, para de se contrair e tende a se dilatar com o aumento da temperatura, começando o processo normal igual a todas as substâncias.
Este fenômeno, do gelo ter o volume maior (densidade menor) entre 0 ºC e 4 ºC, faz com que os lagos mantenham uma camada de gelo na superfície, mas a água fica no estado líquido em seu interior, permitindo a vida no ambiente aquático. A convecção ajuda a manter este estado, pois a água mais densa (com temperatura próxima de 4 ºC) tende a descer para o fundo do lago, enquanto que a menos densa (próximo a 0 ºC) tende a subir, ajudando a formar a camada de gelo na superfície.
Outros exemplos conhecidos por esta característica da água são os icebergs na superfície dos oceanos e o estouro de garrafa com água congelada no refrigerador.
3 - Em termodinâmica, o ponto triplo é um estado particular de uma substância determinado por valores de temperatura e pressão, no qual os três fases de agregação da substância (sólido, líquido e gasoso) coexistem em equilíbrio.
O ponto triplo da água é dado por definição - não por uma medição exata. É usado para definir o Kelvin, a unidade de temperatura termodinâmica no Sistema Internacional de Unidades. Os pontos triplos de várias substâncias são usados para definir pontos na Escala Internacional de Temperaturas de 1990 (ITS - 90), que vai desde o ponto triplo do hidrogênio (13,8033 K) até o ponto triplo da água (273,16 K, 0,01 °C ou 32,018 °F).