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PROPRIEDADES DA ÁGUA PROPRIEDADES FÍSICAS • massa específica • calor específico • calor latente de fusão • calor latente de vaporização ESTADO DA ÁGUA • A existência da água na Terra em todas as três fases (vapor, líquido e sólido) é um dos aspectos que torna o planeta único. MASSA ESPECÍFICA • A massa específica, ou densidade, é a massa por unidade de volume de uma substância e o peso específico é o peso por unidade de volume. • Para a massa específica normalmente é usado o símbolo ρ, e nas unidades do SI é dada em Kg.m-3. • O peso específico é simbolizado pela letra grega γ dado em unidades de N.m-3. • As duas variáveis estão relacionadas pela segunda lei de Newton, usando a aceleração da gravidade (g): • a 3,98oC a massa específica é de 1000 Kg.m-3. g⋅= ργ MASSA ESPECÍFICA • A variação do valor da massa específica da água com a temperatura é bastante incomum, e tem um importante papel no meio ambiente. • Por exemplo, a água líquida a 0oC é mais densa que o gelo. • Por outro lado, quando a água líquida a 0oC é aquecida sua densidade inicialmente aumenta até a temperatura de 3,98oC, quando a sua massa específica atinge 1000 Kg.m-3. • A partir desta temperatura a densidade da água diminui com o aumento da temperatura, como acontece com a maior parte das substâncias. 68,198,3019549,01000 −⋅−= Tρ MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA MASSA ESPECÍFICA DA ÁGUA • Gelo bóia sobre água fria • Lagos congelam pela superfície • Acima de +/- 4°C a água quente é mais leve, e fica mais próxima à superfície COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA DA ÁGUA EM LAGOS MASSA ESPECÍFICA COM MISTURA • A presença de substâncias dissolvidas ou em suspensão na água pode alterar a sua massa específica. • Assim, a água salgada é mais densa do que a água doce, e a água com alta concentração de sedimentos de alguns rios pode ter densidade significativamente diferente da água limpa a mesma temperatura. ÁGUA SALGADA CALOR ESPECÍFICO • Calor específico é a quantidade de energia necessária para fazer a matéria mudar sua temperatura. • Por exemplo: são necessários X calorias para elevar a temperatura do cobre em Y graus. CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA • A estrutura molecular da água (H2O) é responsável por uma característica fundamental da água que é a sua grande inércia térmica, isto é, a temperatura da água varia de forma lenta. • O sol aquece as superfícies de terra e de água do planeta com a mesma energia, entretanto as variações de temperatura são muito menores na água. • Em função deste aquecimento diferenciado e do papel regularizador dos oceanos, o clima da Terra tem as características que conhecemos. CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA • Cada grama de água precisa receber cerca de uma caloria para aumentar sua temperatura em 1 oC. • Em unidades do SI o calor específico da água (cp) é de 4216 J.Kg-1.K-1. • Isto significa que é necessário fornecer 4216 Joules de energia para cada Kg de água ter sua temperatura aumentada em 1 Kelvin. CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA LÍQUIDA • Mas o calor específico da água não é exatamente constante: Temperatura (oC) Calor específico (cal.g-1.C-1) -10 1.0200 0 1.0074 5 1.0037 10 1.0013 15 0.9998 20 0.9988 25 0.9983 30 0.9980 35 0.9979 40 0.9980 45 0.9982 50 0.9985 CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA LÍQUIDA Temperatura (oC) Calor específico (cal.g-1.C-1) -10 1.0200 0 1.0074 5 1.0037 10 1.0013 15 0.9998 20 0.9988 25 0.9983 30 0.9980 35 0.9979 40 0.9980 45 0.9982 50 0.9985 CALOR LATENTE DE FUSÃO • A quantidade de energia recebida pela água congelada a 0oC durante o processo de fusão é denominada calor latente de fusão. • O valor do calor latente de fusão da água é de, aproximadamente, 334 KJ.Kg-1. CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO • A quantidade de energia absorvida pela água na passagem da fase líquida para a gasosa (vapor) é o calor latente de vaporização. • A temperaturas abaixo de 100 oC algumas moléculas de água na superfície podem romper as ligações inter-moleculares com as moléculas vizinhas e escapar do meio líquido, vaporizando-se. • Assim, a vaporização pode ocorrer a temperaturas inferiores à do ponto de ebulição. • A 100 oC o calor latente de vaporização é de 2,261 MJ.Kg-1, o que corresponde a cinco vezes mais energia do que a necessária para aquecer a água de 0 a 100 oC. CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO • O calor latente de vaporização decresce com o aumento da temperatura. Esta relação pode ser aproximada pela equação abaixo: T⋅−= 002361,0501,2λ CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO • O calor latente de vaporização decresce com o aumento da temperatura. Esta relação pode ser aproximada pela equação abaixo: T⋅−= 002361,0501,2λ EXERCÍCIOS 1. Mostre que o calor latente de vaporização da água a 100 oC corresponde a mais de cinco vezes a energia necessária para aquecer a água de 0 a 100 oC. 2. Calcule o aumento de temperatura médio da água em uma piscina com 100 m2 de área e 2 m de profundidade devido à absorção de radiação de 7 MJ.dia-1. Considere que a temperatura inicial é de 20 oC, e que não existem perdas de calor na água da piscina e nem evaporação da água. 3. Qual seria o aumento de temperatura da água de um rio que passa por uma cachoeira de 50 m de altura, se toda a energia dissipada se transformasse em calor e aquecesse a água? Número do slide 1 Propriedades da água Propriedades físicas Estado da água Massa específica Massa específica Massa específica da água Massa específica da água Comportamento da temperatura da água em lagos Massa específica com mistura Água salgada Calor específico Calor específico da água Calor específico da água Calor específico da água líquida Calor específico da água líquida Calor latente de fusão Calor latente de vaporização Calor latente de vaporização Calor latente de vaporização Exercícios
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