Aula:

FÍSICA Professor: SCOOTER E

DIAGRAMA DE FASES

1. Mudança de fase

A matéria pode apresentar-se em três fases ou

estados de agregação molecular: sólido, líquido e gasoso (Existem outros estados de agregação que não

estudaremos aqui, nos atentaremos apenas aos três supracitados).

• Estado sólido: as partículas de uma substância

não têm grande liberdade de movimentação e não vão além de vibrações em torno de posições

definidas. Assim, os sólidos possuem volume e forma bem definidos.

• Estado líquido: há maior liberdade de agitação das partículas de uma substância do que no

estado sólido, mas elas ainda apresentam uma

coesão considerável. Assim, os líquidos possuem volume bem definido, porém forma variável, ou

seja, a forma é a do recipiente que os contém.

• Estado gasoso: as partículas de uma substância

estão afastadas umas das outras o suficiente para

que as forças de coesão entre elas sejam muito fracas. Por isso, elas se movimentam com

liberdade muito maior do que no estado líquido. Substâncias no estado gasoso (vapores e gases)

não possuem volume nem forma definidos.

1.1. Processos de mudança de fase

Quando uma substância, em qualquer um dos estados físicos, recebe ou cede energia térmica, pode sofrer

uma alteração na forma de agregação de suas partículas, passando de um estado para outro. Essa

passagem corresponde a uma mudança de seu estado

físico.

A fusão é a passagem do estado sólido para o líquido

(com ganho de energia – endotérmico). A transformação inversa dessa passagem é a

solidificação (com perda de energia – exotérmico).

A vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso (com ganho de energia – endotérmico). A

transformação inversa dessa passagem é a

liquefação ou condensação (com perda de energia – exotérmico).

Obs.: Como exemplos da vaporização, podemos

lembrar da água fervendo em uma chaleira, quando

vamos preparar um café; do álcool, que, se for colocado em uma superfície, lentamente vai

“desaparecendo”; do éter em um recipiente de vidro destampado, que se volatiliza rapidamente, dos

líquidos que são despejados em chapas quentes como as de sanduicheira

Os três principais processos de vaporização são a

evaporação, a ebulição e a calefação.

Quando fornecemos calor a uma substância que se

encontra no estado líquido, aumentamos a energia de agitação de suas partículas, isto é, elevamos sua

temperatura. Entretanto, dependendo da substância e

da pressão a que está sujeita, existe um limite de aumento de temperatura, além do qual a estrutura

molecular do líquido sofre mudanças. A partir dessa temperatura limite, a energia recebida pelo líquido é

usada para a mudança na estrutura molecular, e o líquido é transformado em vapor. A esse fenômeno

chamamos de ebulição.

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A maior parte da massa líquida participa desse processo, ocorrendo rápida produção de vapores em

muitos pontos desse líquido. Esses vapores e gases existentes no interior do líquido se expandem e, ao

escaparem pela superfície, proporcionam a agitação

violenta que é observada. É importante destacar que existe uma temperatura

determinada para a ebulição de um líquido. Essa temperatura depende apenas da natureza do líquido e

da pressão a que ele está sujeito.

Pode-se afirmar que a ebulição de um líquido ocorre quando sua pressão de vapor se iguala à pressão

externa, aplicada em sua superfície. A partir dessa situação os vapores conseguem escapar do seu

interior, fato que caracteriza a ebulição. Lembrar que a pressão de vapor de um líquido é

função da sua temperatura, assim, em temperaturas

diferentes temos diferentes valores para a sua pressão de vapor.

A combinação da temperatura do líquido (que determina sua pressão de vapor) e a pressão externa

em sua superfície provoca a ebulição, que ocorre

quando ambas se igualam. Dessa forma, um mesmo líquido pode entrar em ebulição em diferentes

temperaturas, desde que a pressão externa seja alterada.

É de verificação experimental que a pressão atmosférica varia de local para local, diminuindo

quando a altitude aumenta. Por isso, a temperatura de

ebulição de uma substância, que depende da pressão, também varia de local para local, aumentando

conforme aumenta a pressão. Esse fato ocorre porque, sob pressões maiores, o escape dos vapores torna-se

mais difícil. A água, por exemplo, entra em ebulição

em Santos (SP), ao nível do mar, a 100 ºC, mas, no pico do Monte Everest (altitude = 8.882 m), ela ferve

a 71 ºC; em Brasília (DF) (altitude = 1.152 m), a 96 ºC; e, ao nível do Mar Morto (altitude = – 395 m), a

101 ºC.

Da observação desse fato, o ser humano inventou a panela de pressão, que, por causa do aumento de

pressão, faz a água ferver a uma temperatura mais elevada do que se estivesse em um recipiente

destampado, permitindo assim o cozimento mais rápido dos alimentos.

A evaporação, ao contrário da ebulição, não depende de uma temperatura determinada para acontecer. É

um processo lento, que ocorre apenas na superfície

livre de um líquido. Nesse processo, as partículas que escapam são

aquelas que têm energia cinética maior que a da maioria, energia suficiente para se livrarem das demais

moléculas do líquido. Por causa disso, a energia média das partículas remanescentes e a temperatura do

líquido diminuem.

A rapidez com que ocorre a evaporação de um líquido depende de cinco fatores:

Natureza do líquido

Os líquidos mais voláteis evaporam mais rapidamente.

O éter, por exemplo, nas mesmas condições, evapora mais rápido que a água.

Temperatura

O aumento da temperatura favorece a evaporação.

Apesar de a evaporação não depender da temperatura para acontecer (a água, por exemplo, evapora tanto a

5 ºC como a 30 ºC ou a 80 ºC), podemos observar que a 80 ºC a água evapora mais depressa do que a

30 ºC, e mais ainda do que a 5 ºC.

Área da superfície livre

Já que a evaporação ocorre apenas na superfície livre do líquido, quanto maior for essa superfície livre, mais

rápida será a evaporação.

Pressão na superfície livre

Um aumento de pressão na superfície livre dificulta o escape das partículas do líquido, diminuindo a rapidez

da evaporação. Sob uma pressão menor, é maior a evaporação.

Pressão de vapor do líquido

A quantidade de vapor do próprio líquido já existente

nas proximidades de sua superfície livre influi na rapidez da evaporação.

A visibilidade nas estradas pode ser prejudicada por

nevoeiros, que impedem a visão dos carros e caminhões que trafegam à nossa frente. Esse fato já

provocou alguns graves acidentes automobilísticos, com perdas de muitas vidas.

Esses nevoeiros podem aparecer em vários locais do

Brasil, dependendo das condições climáticas. No entanto, algumas regiões de serra, principalmente no

Sudeste e no Sul, onde encontramos temperaturas mais baixas, a frequência é maior.

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Como são formados esses nevoeiros? Nós sabemos que, durante o dia, os raios solares são absorvidos

pela terra e pela água existente, aquecendo-as. Parte dessa água passa para o estado gasoso e sobe. Nos

dias normais esse vapor transforma-se em nuvens a

uma distância razoável do solo, não prejudicando o trânsito de veículos. No entanto, no alto das serras,

em certas épocas do ano, o ar pode estar gelado, proporcionando a condensação de pequenas gotas de

água, que, por serem muito leves, permanecem em

suspensão, refletindo a luz que nelas incide; é o nevoeiro baixo, ao nível do chão. Portanto, são essas

gotículas de água misturadas com o ar as responsáveis pela formação do nevoeiro.

As autoridades recomendam, nesses casos, que você:

• reduza a velocidade do veículo;

• ligue os faróis baixos; • se não estiver enxergando bem, pare o carro, de

preferência em um posto de serviços ou policiamento;

• se precisar parar no acostamento, ligue o pisca-

alerta, coloque o triângulo e, se possível, saia do carro, afastando-se da estrada.

O termo calefação vem do latim calefactĭo, que é uma

junção de calorem (calor) e facĕre (fazer, tornar) e, portanto, significa “ato de aquecer, de passar calor”. Por isso o termo calefação também é empregado para se referir ao sistema de aquecimento de recintos

fechados, muito utilizado em casas e comércios em países cujo clima é mais frio, como Alemanha, Canadá,

França, etc.

Neste caso, a calefação que estamos falando é a mudança de estado físico da matéria, e, para que ela

ocorra, também é necessário que haja aquecimento. Isso porque a transição do estado líquido para o

estado gasoso é endotérmica como já mencionado,

isto é, absorve energia. No estado gasoso, as partículas constituintes da matéria encontram-se mais

dispersas e com maior grau de agitação, ou seja, com maior energia cinética, que foi obtida a partir da

energia absorvida.

A calefação, ou Efeito de Leidenfrost, é um caso particular da vaporização e ocorre quando um líquido

entra em contato com uma superfície que está a uma temperatura muito superior à sua temperatura de

ebulição, provocando a rápida e brusca mudança de estado físico do líquido. Por exemplo, se colocarmos

uma panela para esquentar no fogo e, depois de muito

tempo, quando ela estiver bem quente, adicionarmos certa quantidade de água líquida pura, veremos a

água virar vapor rapidamente, numa transição turbulenta, pois a panela encontrava-se a uma

temperatura superior à temperatura de ebulição da

água pura (100 ºC, caso o experimento seja feito sob pressão de 1 atm).

O líquido durante a calefação se divide em esferoides (gotas, afim de melhor distribuir o calor) que

executam movimentos rápidos e desordenados, e por

vezes, parecem “flutuar” sobre a superfície quente. Este fenômeno é em decorrência da primeira lei da

calefação, que afirma não ocorrer de fato o contato entre o líquido e a superfície aquecida durante a

transição de fase, uma vez que a rápida e intensa

vaporização das gotas líquidas mais próximas da chapa aquecida gera uma espécie de “colchão de vapor”, que

impede o contato. A segunda lei enuncia que a temperatura do líquido

que está sofrendo a calefação será sempre inferior à sua temperatura de ebulição, porque a transformação

se dá de forma muito rápida, não dando tempo o

suficiente para o líquido aquecer. Isso soa estranho, mas é possível, pois, já que o líquido não chega a

encostar na superfície quente, a transferência de energia ocorre por irradiação, e como o calor radiante

propaga-se facilmente em líquidos, suas partículas

conseguem absorver a energia necessária para a mudança de estado, sem, contudo, aquecer-se

sensivelmente. Desse modo, o líquido calefeito pode manter uma temperatura inferior à de seu ponto de

ebulição normal. Isso explica porquê os mágicos conseguem lamber

espadas, ou ferro em brasa, sem queimar a língua. A

umidade da língua sofrerá calefação e evitará o contato com o metal quente, além disso, a saliva não

alcançará temperaturas altas, como a de ebulição da água, por causa da segunda lei da calefação, caso isso

acontecesse, seria impossível tal façanha.

A sublimação é a passagem do estado sólido para o asoso, sem passar pela fase intermediária, a líquida

(com ganho de energia – endotérmico). A transformação inversa também é denominada

sublimação (com perda de energia – exotérmico).

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2. Pressão de vapor Considere um recipiente cilíndrico, transparente e

dotado de um êmbolo. Vamos supor que a temperatura do sistema seja constante.

Imaginemos que haja, dentro desse recipiente, um

líquido bastante volátil, o éter, por exemplo. Inicialmente, o êmbolo está em contato direto com a

superfície livre do líquido. Quando levantamos o êmbolo, a região de vácuo que

se forma entre ele e o líquido começa a ser ocupada

por partículas desse líquido, que vaporiza. Algumas dessas partículas, no entanto, acabam sendo

recapturadas pelo líquido. No início, o número de partículas que saem é maior que o das que voltam. A

partir de um determinado instante, entretanto, o aumento da concentração de vapor vai provocar um

equilíbrio dinâmico, quando o número de partículas

que voltam para o líquido torna-se igual ao das que saem, em cada unidade de tempo.

Atingida a situação de equilíbrio, o ambiente gasoso fica saturado desse vapor, denominado vapor

saturante, e sua pressão para de aumentar, sendo

chamada de pressão máxima de vapor (Pm).

Se levantarmos um pouco mais o êmbolo,

observaremos que o equilíbrio vapor- líquido será rompido. Voltará a acontecer vaporização, uma vez

que a quantidade de líquido torna a diminuir. Isso se dá até que novamente se estabeleça o equilíbrio

dinâmico entre o vapor e o líquido, e a pressão, que

temporariamente diminuiu, volte ao seu valor máximo. É evidente que, se o tubo for suficientemente longo,

quando levantarmos o êmbolo, a situação descrita se repetirá até que a última gota de líquido evapore. A

partir daí, a elevação do êmbolo provocará uma queda

da pressão, e ela não voltará mais ao valor máximo, já que não existe mais líquido para vaporizar. O vapor,

nessas condições, é denominado vapor não saturante. O valor da pressão máxima de vapor depende de dois

fatores: da substância e da temperatura em que foi realizado o experimento. Essa pressão máxima de

vapor se eleva com a temperatura.

A chuva e a umidade relativa do ar A chuva é uma

precipitação atmosférica constituída de gotas de água,

que podem limpar o ar poluído, refrescar um dia muito quente ou mesmo promover o desenvolvimento de

plantas, como as flores que embelezam o mundo ou aquelas com as quais nós e outros animais nos

alimentamos. Quando em excesso, a chuva pode provocar

inundações, capazes de destruir o que foi construído

pelo ser humano e causar a morte de diversos seres vivos.

Afinal, como ocorre esse fenômeno físico chamado chuva? Na superfície da Terra, existe uma grande

quantidade de água nos mares, rios e lagos. Na

evaporação, o vapor é misturado ao ar existente na região. A concentração desse vapor define o estado

higrométrico ou umidade da atmosfera.

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A umidade relativa do ar (U) é a razão entre a massa de vapor de água (m) existente em certo volume de ar

e a massa de vapor de água (M) que provocaria a saturação desse volume de ar, na mesma

temperatura. O valor da grandeza U também pode ser

determinado por meio da razão entre a pressão exercida pelo vapor existente no ar e a pressão (ou

tensão) máxima possível de vapor, na temperatura considerada. Essa pressão máxima de vapor é bem

definida e pode ser encontrada em uma tabela, como

a que está abaixo.

Observemos que o máximo valor de U é a unidade. Isso ocorre quando o ar está saturado de vapor de

água e m = M. Se U = 0,30; por exemplo, devemos

entender que o vapor de água existente naquele volume de ar corresponde a 30% do vapor que

ocasionaria sua saturação. Ao ocorrer a saturação de certo volume de ar, o vapor

de água excedente se condensa e se precipita em forma de neblina ou de pequenas gotas de água, a

chuva. A quantidade de água que o ar é capaz de

absorver, antes da saturação, depende da temperatura, aumentando progressivamente com ela.

É interessante observar que o ser humano sente-se melhor em local de baixa umidade, mesmo em

temperaturas elevadas. Em um ambiente onde o ar é

mais seco (baixa umidade), a sudorese é muito menor

e a evaporação do suor é mais rápida, causando um maior resfriamento da pele. Nessas condições, a

pessoa pode suportar temperaturas superiores a 37 ºC. Já em um ambiente de grande umidade (Aqui em

Belém, por exemplo, a sudorese é maior e o suor

demora a evaporar, ocasionando bastante desconforto. Nessas condições, uma temperatura de

25 ºC pode parecer sufocante para as pessoas. O conforto, portanto, depende tanto da temperatura

quanto da umidade relativa do ar.

3. Ponto crítico e ponto triplo

3.1. Ponto Crítico

O estado gasoso é constituído de vapores e gases. Qual a diferença entre um vapor e um gás?

Uma substância no estado gasoso é denominada gás

quando, à temperatura constante, é impossível levá-la ao estado líquido, por maior que seja a pressão

exercida sobre ela. O vapor, ao contrário, é a substância no estado gasoso que, à temperatura

constante, pode sofrer liquefação por aumento de

pressão. A situação-limite entre vapor e gás é definida por uma

temperatura denominada temperatura crítica, que, em conjunto com um valor de pressão (pressão crítica),

determina o ponto crítico. É importante fixar que acima da temperatura crítica a

substância é denominada gás, não podendo ser

liquefeita por simples compressão isotérmica. Para a água, por exemplo, a pressão crítica corresponde a

218 atm e a temperatura crítica, a 374 ºC.

3.2. Ponto triplo

O ponto triplo de uma substância é caracterizado por um valor de pressão e outro de temperatura sob os

quais essa substância pode coexistir em equilíbrio nos estados físicos sólido, líquido e gasoso (vapor)

simultaneamente.

Para a água, o ponto triplo é definido pela temperatura de 0,0098 ºC e pressão de vapor igual a

4,58 mmHg. Nessa situação física, podem coexistir o gelo, a água e o vapor de água, sem que ocorra

mudança nas proporções relativas de qualquer um deles.

4. Diagrama de fases Denomina-se diagrama de fase de uma substância o

gráfico que representa suas curvas de fusão, vaporização e sublimação.

Para a maioria das substâncias, o diagrama de fase é

do tipo abaixo (para substância que aumenta de volume ao se fundir).

• TB: curva de fusão

• T: ponto triplo • TD: curva de vaporização

• C: ponto crítico

• TA: curva de sublimação

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Para as exceções, como a água, o diagrama de estado

tem o aspecto abaixo (para substância que diminui de volume ao se fundir).

• TB: curva de fusão • T: ponto triplo

• TD: curva de vaporização • C: ponto crítico

• TA: curva de sublimação

Observe que a diferença entre os diagramas encontra-se na curva da fusão-solidificação, quando podemos

ter exceções à regra geral.

4.1. Curva de fusão

Curva de fusão de um sólido cristalino é a representação gráfica da pressão ambiente (p) em função da temperatura de fusão (𝜃) do sólido. Há dois

casos a considerar: Para a maioria das substâncias, o volume aumenta

com a fusão. Consequentemente, quanto maior é a pressão sobre o sólido, mais difícil é a sua fusão.

Em outras palavras, quanto maior a pressão, maior é a

temperatura que o sólido precisa atingir para fundir-se. É o que mostra a curva de fusão a seguir.

A – Estado sólido

B – Equilíbrio das fases sólida e líquida C – Estado líquido

Para algumas substâncias (exceções à regra geral),

como a água, o bismuto, o ferro e o antimônio, o

volume diminui com a fusão (não precisa decorar essa informação pelo amordi). Isso acontece porque as

ligações químicas características do estado sólido determinam a existência de grandes vazios

intermoleculares nesse estado. Com o desmoronamento da estrutura por ocasião da fusão,

esses vazios são ocupados pelas próprias moléculas e,

consequentemente, o volume diminui. Evidentemente, a solidificação dessas substâncias

implica aumento de volume. É o que ocorre com a água presente no interior das

células vegetais por ocasião das geadas: a água

solidifica-se, aumentando seu volume e rompendo as membranas das células.

Para essas substâncias excepcionais, como a água, a fusão é facilitada pelo aumento de pressão, isto é,

quanto maior a pressão, menor a temperatura que o sólido precisa atingir para fundir-se.

É o que representa a curva de fusão a seguir.

A – Estado sólido B – Equilíbrio das fases sólida e líquida

C – Estado líquido

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Cada ponto da curva de fusão faz a correspondência entre uma temperatura de fusão (solidificação) e uma

pressão. Assim, em cada um desses pontos, as fases sólida e líquida podem apresentar-se em equilíbrio:

obtemos mais líquido quando fornecemos mais calor

ao sistema e mais sólido quanto mais retiramos calor do sistema.

Experimento de Tyndall (Regelo)

Como vimos, um aumento de pressão provoca uma

diminuição na temperatura de fusão do gelo. Baseado

nesse fato, o físico irlandês John Tyndall elaborou um experimento que recebeu seu nome. Ele apoiou as

extremidades de uma barra de gelo a uma temperatura pouco inferior a 0 ºC e colocou sobre ela,

na parte central, um fio metálico, em cujas

extremidades havia corpos de pesos convenientes. Após algum tempo, o fio atravessou a barra sem que

ela fosse dividida. A explicação do fenômeno é o regelo. Dá-se o nome

de regelo ao fenômeno que consiste na ressolidificação da água por diminuição da pressão.

No experimento de Tyndall, o aumento de pressão provocado pelo fio diminui a temperatura de fusão do

gelo, fazendo com que ele se funda. Para isso, a parte que sofre fusão retira calor das partículas que estão ao

lado e que, no entanto, não tiveram acréscimo de

pressão. Após a passagem do fio, o aumento de pressão é suprimido e a água no estado líquido

devolve o calor “emprestado”, voltando ao estado sólido, o que constitui o regelo.

4.2. Curva de vaporização Curva de vaporização é a representação gráfica da

pressão ambiente (p) em função da temperatura de ebulição (𝜃) do líquido. Quanto maior a pressão sobre

um líquido, maior a temperatura necessária para que

ele entre em ebulição. É o que mostra a curva de vaporização abaixo.

Cada ponto da curva de vaporização representa uma

situação de possível equilíbrio entre o líquido e seu vapor. Se mais calor é fornecido, forma-se mais vapor;

se o calor é retirado, forma-se mais líquido.

4.3. Curva de sublimação

É a representação gráfica da pressão ambiente (p) em função da temperatura de sublimação (𝜃) do sólido.

Quanto maior é a pressão sobre um sólido, maior a

temperatura em que ocorre a sublimação. É o que mostra a curva de sublimação ao lado.

Cada ponto da curva representa uma situação de possível equilíbrio entre o sólido e seu vapor.

Observe que a curva de sublimação estende-se até

próximo do zero absoluto, temperatura em que se admite nula a pressão máxima de vapor do sólido.

Agora chegou o momento de exercitar.

Questão 01 - (UECE)

A panela de pressão é um utensílio muito utilizado

no intuito de diminuir o tempo de cozimento dos alimentos, pois o aumento da pressão interna

permite a elevação do ponto de ebulição da água, mantendo-a em estado líquido a temperaturas

maiores. A pressão atmosférica varia com a

altitude e exerce influência sobre o ponto de ebulição da água. De modo simplificado e dentro

de certos limites, o ponto de ebulição pode ser representado por uma função crescente da

pressão. Considerando sua finalidade, como

descrita no início deste enunciado, a panela de

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pressão proporcionaria um cozimento mais eficiente, se comparado ao uso de panela comum,

a) ao nível do mar, pois a pressão atmosférica é

menor que no alto de uma montanha.

b) no alto de uma montanha, pois a pressão atmosférica é maior que ao nível do mar.

c) no alto de uma montanha, pois a pressão atmosférica é menor que ao nível do mar.

d) ao nível do mar, pois a pressão atmosférica é

maior que no alto de uma montanha.

Questão 02 - (FUVEST SP) À medida que a parcela de ar se eleva na

atmosfera, nos limites da troposfera, a temperatura do ar decai a uma razão de 1 ºC a

cada 100 metros (Razão Adiabática Seca ‐ RAS)

ou 0,6 ºC a cada 100 metros (Razão Adiabática Úmida ‐ RAU).

Considerando os conceitos e a ilustração, é correto afirmar que as temperaturas do ar, em

graus Celsius, T1 e T2, são, respectivamente,

Note e adote:

Utilize RAS ou RAU de acordo com a presença ou não de ar saturado.

Tar: temperatura do ar.

a) 8,0 e 26,0. b) 12,8 e 28,0.

c) 12,0 e 26,0.

d) 12,0 e 20,4. e) 11,6 e 20,4.

Questão 03 - (UEPG PR) – fora do padrão, mas a

discussão é válida.

Uma substância recebe calor de uma fonte à razão de 350 calorias por minuto. Analisando o

gráfico abaixo representativo deste fato, assinale o que for correto.

01. A substância em 20 minutos recebe 7 kcal.

02. A temperatura da substância, em 16 minutos, será 333 K.

04. A substância terá, entre 18 e 20 minutos, o

menor calor específico. 08. Entre 4 e 12 minutos, a substância sofre uma

mudança de estado físico. 16. Entre 12 e 16 minutos, a substância terá

capacidade térmica de 150 cal/ºC.

Questão 04 - (UNIPÊ PB)

O gráfico mostra a variação da temperatura de uma substância pura em função da quantidade de

calor recebida.

Se o calor de fusão da substância é igual a 5,0cal/g, então a massa da substância, em g, e o

calor específico, em cal/gºC, após a vaporização no trecho III, é igual, respectivamente, a

01) 100 e 0,1 02) 150 e 0,1

03) 200 e 0,1 04) 200 e 0,3

05) 300 e 0,3

Questão 05 - (ENEM)

Antes da geração do céu, teremos que rever a natureza do fogo, do ar, da água e da terra.

Primeiro, em relação àquilo a que chamamos água, quando congela, parece-nos estar a olhar

para algo que se tornou pedra ou terra, mas

quando derrete e se dispersa, esta torna-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e,

inversamente, o fogo, quando se contrai e se extingue, regressa à forma do ar; o ar,

novamente concentrado e contraído, torna-se

nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água

corrente, e de água torna-se novamente terra e pedras; e deste modo, como nos parece, dão

geração uns aos outros de forma cíclica. PLATÃO, Timeu (c. 360 a.C.).

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Buscando compreender a diversidade de

formas e substâncias que vemos no mundo, diversas culturas da Antiguidade elaboraram a

noção de “quatro elementos” fundamentais, que

seriam terra, água, ar e fogo. Essa visão de mundo prevaleceu até o início da Era Moderna,

quando foi suplantada diante das descobertas da química e da física.

PLATÃO. Timeu-Crítias. Coimbra: CECh, 2011.

Do ponto de vista da ciência moderna, a descrição

dos “quatro elementos” feita por Platão corresponde ao conceito de

a) partícula elementar.

b) força fundamental.

c) elemento químico. d) fase da matéria.

e) lei da natureza.

Questão 06 - (UNCISAL AL)

O gráfico a seguir representa tanto a variação de temperatura sofrida por uma certa quantidade de

água quanto a variação de temperatura sofrida por uma certa quantidade de gelo ao serem

misturados dentro de um calorímetro ideal, até atingirem o equilíbrio térmico. Sabendo que o

calor específico da água é 1,0 cal/g.ºC, que o

calor específico do gelo é 0,5 cal/g.ºC e que o calor latente de fusão do gelo é 80 cal/g, é

correto afirmar que a massa de gelo remanescente foi de

a) 0 g. b) 50 g.

c) 100 g.

d) 150 g. e) 200 g.

Questão 07 - (FGV)

A figura representa uma montagem experimental

em que um béquer, contendo água à temperatura ambiente, é colocado no interior de uma

campânula de vidro transparente, dotada de um orifício em sua cúpula, por onde passa uma

mangueira ligada a uma bomba de vácuo. A

bomba é ligada, e o ar vai sendo, gradualmente, retirado do interior da campânula.

Observa-se que, a partir de determinado instante,

a) a água entra em ebulição, propiciada pela diminuição da pressão.

b) a água entra em ebulição, favorecida pela máxima pressão de saturação.

c) ocorre a formação de gelo, propiciada pela diminuição da pressão.

d) ocorre a formação de gelo, favorecida pela

máxima pressão de saturação. e) é atingido o ponto triplo, favorecido pela

máxima pressão de saturação.

Questão 08 - (FPS PE)

A figura mostra o diagrama de fase (pressão vs. temperatura) da água. Baseado nesse gráfico,

podemos afirmar que o uso da panela de pressão é mais eficiente para o cozimento de alimentos?

a) Sim, pois o vapor liberado pela válvula de segurança provoca agitação no alimento,

tornando o processo mais eficiente. b) Sim, pois as panelas são feitas de metal que

absorvem mais calor.

c) Sim, pois a temperatura no interior atinge valores acima da temperatura de ebulição da

água em recipientes abertos. d) Sim, pois quanto maior for a pressão interna

mais facilmente a água se transforma em

vapor. e) Sim, pois embora a temperatura de ebulição

da água nunca possa ser maior do que 100ºC, o metal da panela atinge

temperaturas maiores do que 100ºC.

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Questão 09 - (UNEMAT MT) Ao nível do mar, a água entra em ebulição em

100ºC. É necessário que as bolhas formadas com vapor de água vençam a pressão atmosférica, e

para tanto é preciso fornecer calor até que a

bolha de vapor fique maior que a pressão externa e suba até a superfície.

Ao chegar à superfície do líquido, o vapor é então liberado, a partir daí, a energia fornecida

serve para transformar o líquido em vapor e a

temperatura permanece fixa. Este ponto de ebulição não é fixo, podendo ser

maior ou menor, o qual vai depender da pressão local.

Para cozer os alimentos, uma das panelas que mais ajuda no tempo de cozimento e reduz o

gasto de gás de cozinha é a Panela de Pressão.

(...)

No cozimento dos alimentos, o papel da panela de pressão é para

a) obter uma pressão menor que a atmosférica, para que o ponto de ebulição da água seja

menor que 100ºC e os alimentos cozinhem mais rápido.

b) obter uma pressão maior que a atmosférica, para que chegue ao ponto de ebulição de

100ºC mais rápido, consequentemente

cozinhando mais rápido os alimentos. c) obter o ponto de ebulição da água a 100ºC.

d) obter uma pressão maior que a atmosférica, para que o ponto de ebulição da água seja

maior que 100ºC e os alimentos cozinhem

mais rápido. e) obter uma pressão maior que a atmosférica,

para que o ponto de ebulição da água seja menor que 100ºC e os alimentos cozinhem

mais rápido.

Questão 10 - (ENEM)

Alguns fenômenos observados no cotidiano estão relacionados com as mudanças ocorridas no

estado físico da matéria. Por exemplo, no sistema constituído por água em um recipiente de barro, a

água mantém-se fresca mesmo em dias quentes.

A explicação para o fenômeno descrito é que, nas

proximidades da superfície do recipiente, a

a) condensação do líquido libera energia para o

meio. b) solidificação do líquido libera energia para o

meio. c) evaporação do líquido retira energia do

sistema. d) sublimação do sólido retira energia do

sistema.

e) fusão do sólido retira energia do sistema.

Questão 11 - (FGV) Uma pedra de gelo, de 1,0 kg de massa, é

retirada de um ambiente em que se encontrava em equilíbrio térmico a –100 ºC e recebe 150 kcal

de uma fonte de calor. Considerando o calor

específico do gelo 0,5 cal/(g.ºC), o da água 1,0 cal/(g.ºC), e o calor latente de fusão do gelo 80

cal/g, o gráfico que representa corretamente a curva de aquecimento dessa amostra é:

a)

b)

c)

d)

e)

Questão 12 - (Mackenzie SP)

Um recipiente de capacidade térmica desprezível contém 100 g de gelo à temperatura de –10,0 ºC.

O conjunto é aquecido até a temperatura de +10,0 ºC através de uma fonte térmica que

fornece calor à razão constante de 1000 cal/min.

Dados: calor específico do gelo: cg = 0,50 cal/g.ºC

calor específico da água: ca = 1,0 cal/g.ºC calor latente de fusão do gelo: Lf = 80 cal/g

A temperatura do conjunto ( ) em função do

tempo (t) de aquecimento é melhor representado por

F Í S I C A – Prof. SCOOTER

a)

b)

c)

d)

e)

Questão 13 - (ACAFE SC)

Em Criciúma (SC), uma mina de carvão tem 500m de profundidade. Coloca-se no fundo da mina um

recipiente aberto com água a ferver.

O que acontece com a água nessa situação?

a) Entra em ebulição a uma temperatura

superior a 100ºC. b) Entra em ebulição a uma temperatura

inferior a 100ºC. c) Entra em ebulição a 100ºC.

d) Não consegue entrar em ebulição.

Questão 14 - (CEFET MG)

Observe os dois gráficos de variação da temperatura ao longo do tempo, disponibilizados

abaixo:

Um dos gráficos corresponde ao perfil de uma substância pura e o outro, ao perfil de uma

mistura. O período de tempo que a substância pura

permanece totalmente líquida e a temperatura de

ebulição da mistura, respectivamente, são

a) 5s e 10ºC. b) 5s e 100ºC.

c) 10s e 50ºC.

d) 10s e 60ºC.

Questão 15 - (UCS RS) Uma sonda espacial está se aproximando do

Sol para efetuar pesquisas. A exatos 6.000.000 km do centro do Sol, a temperatura média da

sonda é de 1.000 ºC. Suponha que tal

temperatura média aumente 1 ºC a cada 1.500 km aproximados na direção ao centro do Sol.

Qual a distância máxima que a sonda, cujo ponto de fusão (para a pressão nas condições que ela

se encontra) é 1.773 K, poderia se aproximar do

Sol, sem derreter? Considere 0 ºC = 273 K e, para fins de simplificação, que o material no

ponto de fusão não derreta.

a) 5.600.000 km b) 5.250.000 km

c) 4.873.000 km

d) 4.357.000 km e) 4.000.000 km

Questão 16 - (FATEC SP)

Aviões a jato, ao voarem em altitudes

aproximadas de 25 mil pés, geram rastros chamados de contrails (ou trilhas de

condensação), que nada mais são do que os rastros do ar, ejetados das turbinas das

aeronaves.

<http://tinyurl.com/gol3rq8> Acesso em: 20.03.2016.

Original colorido.

F Í S I C A – Prof. SCOOTER

A formação desses contrails ocorrem devido

a) ao choque térmico entre o ar frio (a cerca de –20 ºC), que sai da turbina, e o ar à

temperatura ambiente (a cerca de 25 ºC),

atrás da aeronave. b) à rápida sucção das nuvens à frente da

aeronave, e à rápida ejeção delas para trás do avião.

c) ao gelo seco, despejado no ar pelo

acionamento intencional do piloto. d) à rápida sucção de partículas de poeira à

frente da aeronave, e à rápida ejeção das mesmas para trás do avião.

e) ao choque térmico entre o ar quente (a cerca de 300 ºC), que sai da turbina, e o ar à

temperatura muito baixa (a cerca de –25 ºC)

atrás da aeronave.

Questão 17 - (UECE) Em maio de 2016, dois dos maiores reservatórios

de água do Estado do Ceará estavam com níveis

inferiores a 9%, tendo como uma das principais causas as elevadas perdas de água por

evaporação. Sobre esse processo, é correto afirmar que, durante a evaporação da água, há

transferências energéticas com

a) ganho de energia interna da fase líquida

devido à evaporação. b) realização de trabalho sobre a fase líquida e

ganho de energia interna devido à evaporação.

c) realização de trabalho pela fase líquida e

ganho de energia interna devido à evaporação.

d) perda de energia interna da fase líquida devido à evaporação.

Questão 18 - (ENEM) Primeiro, em relação àquilo a que chamamos

água, quando congela, parece-nos estar a olhar para algo que se tornou pedra ou terra, mas

quando derrete e se dispersa, esta torna-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e,

inversamente, o fogo, quando se contrai e se

extingue, regressa à forma do ar; o ar, novamente concentrado e contraído, torna-se

nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água

corrente, e de água torna-se novamente terra e

pedras; e deste modo, como nos parece, dão geração uns aos outros de forma cíclica.

PLATÃO. Timeu-Crítias. Coimbra: CECH, 2011.

Do ponto de vista da ciência moderna, os “quatro elementos” descritos por Platão

correspondem, na verdade, às fases sólida,

líquida, gasosa e plasma da matéria. As transições

entre elas são hoje entendidas como consequências macroscópicas de transformações

sofridas pela matéria em escala microscópica.

Excetuando-se a fase de plasma, essas

transformações sofridas pela matéria, em nível microscópico, estão associadas a uma

a) troca de átomos entre as diferentes

moléculas do material.

b) transmutação nuclear dos elementos químicos do material.

c) redistribuição de prótons entre os diferentes átomos do material.

d) mudança na estrutura espacial formada pelos diferentes constituintes do material.

e) alteração nas proporções dos diferentes

isótopos de cada elemento presente no material.

Questão 19 - (IFGO)

Um determinado aluno se depara com um

problema que seu professor coloca em sala de aula: durante a “mudança de estado físico de um corpo” o que ocorre? Intrigado com esse problema, o aluno vai em busca da resposta

esperada. Ele procura a biblioteca de sua escola e com auxilio da bibliotecária ele tem a sua

disposição algumas obras que tratam do assunto.

Diante de sua pesquisa, assinale a alternativa correta.

a) A temperatura sofre alteração.

b) O corpo não recebe quantidade de calor.

c) A temperatura permanece constante. d) O corpo não muda o seu estado.

e) O corpo cede quantidade de calor.

Questão 20 - (ESCS DF)

Na represa de Jaguarí-Jacareí — a maior do sistema Cantareira, que abastece São Paulo —, a

evaporação estimada quando seu espelho d’água está em condições normais (50 km2) é de 45

bilhões de litros por ano. Com mais calor e menos água, a taxa de evaporação sobe. O engenheiro

químico Marcos Gugliotti criou um composto de

calcário e surfactantes — substâncias usadas em cosméticos e obtidas de fontes como óleos

vegetais e cera de abelhas — que, quando aplicado na água, se espalha e cria uma película

ultrafina que protege a represa. Esse composto

reduz as ondulações naturais na superfície, o que diminui a área exposta à evaporação. Em testes

controlados, o composto chegou a frear a perda de água em até 50%.

Folha de S.Paulo. Químico inventa pó que reduz evaporação em represas. Cotidiano, 3/11/2014

(com adaptações).

F Í S I C A – Prof. SCOOTER

Considerando o texto acima e os múltiplos aspectos nele abordados, assinale a opção

correta.

a) A taxa de evaporação da água de uma

represa independe da hora do dia em que é medida.

b) Se a superfície de um espelho d’água exposta for reduzida, então, mantendo-se a

temperatura, a taxa de evaporação da água

também será reduzida. c) A temperatura da água se mantém constante

tanto durante o processo de evaporação quanto durante o processo de ebulição.

d) Sabe-se que, em dias quentes, o suor, ao ser evaporado, faz com que as pessoas se

sintam melhor, apesar da temperatura

elevada. Considerando essa informação, deduz-se que um clima quente e seco é mais

agradável que um clima quente e úmido, porque a umidade alta facilita a evaporação

do suor.

Questão 21 - (IFRS)

É muito comum utilizarmos para refeições rápidas alguns tipos de espaguete que ficam cozidos em

pouquíssimo tempo. Alguns trazem a informação “tempo de cozimento: 5 min”. Analisando essa

afirmação sob o aspecto da Física, sabemos que o

tempo de cozimento e a temperatura de ebulição de uma substância são influenciados pela pressão

a que está submetida. A tabela seguinte apresenta a pressão atmosférica de algumas

cidades do Rio Grande do Sul, em função da

altitude em relação ao nível do mar.

Supondo que seja utilizado o mesmo fogão para aquecer água nas três cidades citadas na tabela,

é correto afirmar que

a) em Bento Gonçalves, a água entrará em

ebulição em tempo maior do que em Capão da Canoa.

b) se forem usadas panelas de pressão para aquecer a água, em Bento Gonçalves o

tempo para que a água entre em ebulição

será menor do que em Cambará do Sul. c) como em Cambará do Sul a temperatura de

ebulição será atingida em tempo menor do

que nas outras cidades, o tempo de cozimento dos alimentos nessa cidade, em

panelas convencionais, será menor do que nas outras duas cidades.

d) em Capão da Canoa o tempo para atingir a

temperatura de ebulição é maior do que nas outras duas cidades; no entanto, o cozimento

dos alimentos ocorre mais rapidamente do que nas outras cidades, pois possui uma

temperatura de ebulição maior.

e) utilizando panelas convencionais, o tempo de fervura da água nas cidades de Bento

Gonçalves e Cambará do Sul será o mesmo, tendo em vista que a pressão atmosférica

nesses locais está abaixo da pressão atmosférica ao nível do mar.

Questão 22 - (UCS RS) A fondue de chocolate é uma sobremesa que

consiste em derreter chocolate dentro de um recipiente alimentado por uma fonte de calor.

Outros alimentos são colocados dentro do banho

de chocolate, geralmente espetados por um palito, ou similar, para possibilitar que uma

pessoa os segure na outra ponta, sem se queimar. Considere um morango espetado por um

palito – cuja constituição não será considerada – imerso em chocolate derretido a uma temperatura

constante. Quando retirado, o morango está

envolto por uma porção de chocolate que esfriou e endureceu. Quais foram os processos dentro da

termologia que a quantidade de chocolate no morango sofreu do instante em que foi retirado

do banho até o instante que endureceu

totalmente?

a) Cedeu calor, baixando sua temperatura até atingir o ponto de sublimação do chocolate;

então mudou de fase sem ceder calor.

b) Absorveu calor, baixando sua temperatura até atingir o ponto de vaporização do

chocolate; então cedeu calor específico e mudou de fase.

c) Cedeu calor, baixando sua temperatura até atingir o ponto de solidificação do chocolate;

então cedeu calor latente e mudou de fase.

d) Baixou sua temperatura, sem ceder calor, até atingir o ponto de condensação do chocolate;

então aumentou sua temperatura na mudança de fase.

e) Absorveu calor, baixando sua temperatura

até atingir o ponto de condensação do chocolate; então cedeu calor latente e

aumentou sua temperatura na mudança de fase.

F Í S I C A – Prof. SCOOTER

Questão 23 - (PUCCAMP SP) Quando dois ou mais corpos trocam calor há

transferência de energia térmica do corpo mais quente para o corpo mais frio. O equilíbrio térmico irá ocorrer quando os corpos atingirem a

mesma temperatura. Suponha que, num recipiente de paredes

adiabáticas com capacidade térmica de 50 cal/ºC e temperatura de 20 ºC, misturamos 150 gramas

de água a 80 ºC, 50 gramas de água a 10 ºC e 50

gramas de gelo a –20 ºC. Ao atingir o equilíbrio térmico, a temperatura do sistema, em C, será

de Dados:

calor específico da água = 1 cal/g ºC calor específico do gelo = 0,5 cal/g ºC

calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g

a) 15.

b) 20. c) 25.

d) 30.

e) 35.

Questão 24 - (UCS RS) Na Antiguidade, alguns povos andinos se

notabilizaram por atingir uma excelência em construções megalíticas. Eram capazes de

transportar blocos de pedra pesando toneladas

por longas distâncias e altitudes, além de lapidá-los perfeitamente para construir muros,

fortalezas, templos, etc. Algumas das construções, para ajudar a manter os blocos

unidos uns aos outros, utilizavam uma técnica

onde os construtores cavavam nos dois blocos a serem unidos um pequeno vão na zona de

contato: metade do vão ficava num bloco, e metade no outro. Dentro desse vão, era

derramado algum metal em estado líquido, que

então se solidificava formando uma espécie de grampo. Se essa técnica fosse aplicada em uma

construção que está a 3.000 metros de altitude, seria possível afirmar, sob o prisma da Termologia

e desconsiderando exceções, que

a) a temperatura com que os metais solidificam

é maior ali do que no nível do mar. b) o calor específico sensível dos metais dobra a

cada mil metros, por isso seria necessário gastar três vezes mais energia para

liquefazer um metal do que o seria no nível

do mar. c) o calor específico sensível dos metais diminui

pela metade a cada mil metros, por isso o metal liquefará com três vezes menos

energia, o que explicaria o esforço para deslocar os blocos montanha acima.

d) o aumento linear da pressão atmosférica com

o aumento da altitude faz o volume do metal

expandir mais do que o faria no nível do mar, por isso os grampos são um recurso para

construção em grandes altitudes. e) a temperatura na qual os metais solidificam é

menor ali do que no nível do mar.

Questão 25 - (UNITAU SP)

Um corpo de massa m e calor específico c é colocado em contato térmico com uma fonte de

calor, e todo esse sistema é isolado do meio

externo. Considere que a massa m é sólida no

estado inicial, onde a temperatura é o e funde

em f com f > o. Com relação a esse sistema, é

CORRETO afirmar:

a) Quando > f dá-se início à fusão, e nessa

fase a temperatura do corpo continua a aumentar até que todo o corpo passe do

estado sólido ao líquido.

b) A equação Q = mc é usada em toda a fase

do processo de transformação, ou seja, do

estado sólido ao líquido.

c) Na fusão do estado sólido ao líquido, a temperatura é constante, e o calor recebido,

que é dado por Q = mc, é nulo.

d) Na fusão do estado líquido ao gasoso, a equação para o calor total recebido, durante

a mudança de estado, é dada pela equação

Q = mc.

e) Durante o processo de fusão do estado sólido ao líquido, a temperatura permanece

constante durante todo o processo e, logo em seguida, começa a subir novamente, para

alcançar a temperatura crítica, dando início à

próxima mudança de estado.

1) Gab: C 2) Gab: C 3) Gab: 15

4) Gab: 01 5) Gab: D 6) Gab: D

7) Gab: A 8) Gab: C 9) Gab: D

10) Gab: C 11) Gab: D 12) Gab: A

13) Gab: A 14) Gab: B 15) Gab: B

16) Gab: E 17) Gab: D 18) Gab: D

19) Gab: C 20) Gab: B 21) Gab: D

22) Gab: C 23) Gab: D 24) Gab: E

25) Gab: E