Questões de Vestibular de Física - 1ª Lei da Termodinâmica

Usina termelétrica é uma instalação industrial utilizada para geração de energia elétrica a partir da queima de algum tipo de combustível. A usina é dividida em duas partes, uma térmica, na qual se produz vapor a altíssima pressão (Etapas 1 e 2), e outra elétrica, na qual se produz a eletricidade (Etapas 3 e 4):

Etapa 1: O combustível é queimado para aquecer a caldeira;

Etapa 2: A água no interior da caldeira é aquecida e transformada em vapor;

Etapa 3: O vapor entra em contato com as pás do eixo da turbina;

Etapa 4: A rotação do eixo da turbina no gerador produz energia elétrica.

Sociedade Federativa Brasileira. Usina de carvão. Disponível em: www.sfbbrasil.org. Acesso em: 8 jul. 2015 (adaptado).

Qual das etapas do processo de geração de energia descrito é caracterizada por uma transformação química?

Equipamentos domésticos chamados de vaporizadores para roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento com potência nominal de 1.600 W foi utilizado para passar roupas por 20 minutos, consumindo 540 mL de água. Em relação ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,

Note e adote:

Entalpia de vaporização da água a 100 °C = 40 kJ/mol;

Massa molar da água = 18 g/mol;

Densidade da água = 1 g/mL.

Um grupo de estudantes, em aula de laboratório de Física, mergulhou o resistor de um aquecedor elétrico, ligado a uma fonte de tensão de 120 V, em um recipiente, termicamente isolado, contendo água. Mediram a temperatura da água em função do tempo e verificaram que, em 2 minutos, a temperatura variou de 20°C a 80°C. A partir dos resultados obtidos, construíram o gráfico apresentado na figura abaixo, da quantidade de calor Q, em calorias, fornecida à água em função do instante t, a partir do mergulho do resistor na água, em minutos.

Os valores da resistência elétrica do aquecedor e da massa de água aquecida são, respectivamente, iguais a:

Dados

• 1 cal = 4 J

• calor específico da água = 1 cal/g °C

Para realizar um tratamento deve-se dar um banho num paciente com água a 37ºC. Utiliza-se nesse procedimento um chuveiro elétrico de resistência 22Ω, ligado a uma rede de 220V. (Considere para efeitos de cálculo, o calor específico da água c ≅ 4J/gºC, a densidade da mesma ρ = 1kg/litro e que toda a energia dissipada na resistência seja convertida em calor).

Sabendo-se que a temperatura ambiente é de 27ºC, a vazão, em mililitros/s, que esse chuveiro deverá ter nessas condições, é: