Questão 35658
UEL 2005
Normalmente, os materiais dilatam-se com o aumento da temperatura, inclusive os líquidos. A água, contudo, apresenta um comportamento anômalo, sofre contração de seu volume quando sua temperatura aumenta no intervalo de 0°C a 4°C, voltando a expandir-se para temperaturas maiores de 4°C. Assim, o volume mínimo de uma certa quantidade de água ocorre à temperatura de 4°C. A massa específica da água a 4°C é = 1 g/cm3, a 0°C é
= 0,99985 g/cm3 e a 10°C é
= 0,9997 g/cm3. Devido a esta propriedade, nas regiões de clima frio, apenas as superfícies de lagos se congelam no inverno, formando uma capa protetora e isolante que conserva a água, sob ela, no estado líquido, a 4°C, a grandes profundidades. Isto permite a sobrevivência da flora e da fauna destas regiões. Assinale a alternativa que explica corretamente o fato de somente a superfície dos lagos se congelar a temperaturas ambientes inferiores a 0°C.
Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão atmosférica é constante, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura debaixo da camada de gelo deve ser maior que 0°C. A grandes profundidades, devido ao isolamento da camada superficial de gelo, a água tende à temperatura de equilíbrio, ou seja, 4°C.
Quando a temperatura ambiente diminui até 0°C, toda a água do lago também atinge a temperatura de 0°C, uniformemente. Começa-se a formar uma camada de gelo na superfície, que devido ao calor latente de solidificação da água, aquece a água debaixo da camada de gelo. Este processo entra em equilíbrio térmico quando o calor latente, fornecido pela camada de gelo que se formou, aquece a água debaixo desta à temperatura de equilíbrio de 4°C.
Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão a grandes profundidades aumenta, devido à camada de gelo que se formou, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura também aumenta. O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago diminuir. Como a pressão a grandes profundidades diminui, devido à camada de gelo que se formou, vemos da equação de Clapeyron que a temperatura também aumenta. O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
Quando a temperatura ambiente cai abaixo de 4°C, a água a 4°C é mais densa e se acumula no fundo do lago. Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, a água da superfície congela-se e flutua, isolando a água ainda no estado líquido, com temperatura acima da temperatura da superfície do lago.
Gabarito:
Quando a temperatura ambiente cai abaixo de 4°C, a água a 4°C é mais densa e se acumula no fundo do lago. Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, a água da superfície congela-se e flutua, isolando a água ainda no estado líquido, com temperatura acima da temperatura da superfície do lago.
Resolução:
a) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão atmosférica é constante, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura debaixo da camada de gelo deve ser maior que 0°C. A grandes profundidades, devido ao isolamento da camada superficial de gelo, a água tende à temperatura de equilíbrio, ou seja, 4°C.
ERRADA- A Equação de Clapeyron é dada para os gases ideias e não pode ser aplicada para sólidos ou líquidos
b) Quando a temperatura ambiente diminui até 0°C, toda a água do lago também atinge a temperatura de 0°C, uniformemente. Começa-se a formar uma camada de gelo na superfície, que devido ao calor latente de solidificação da água, aquece a água debaixo da camada de gelo. Este processo entra em equilíbrio térmico quando o calor latente, fornecido pela camada de gelo que se formou, aquece a água debaixo desta à temperatura de equilíbrio de 4°C.
Errada- A água do lago não atinge essa temperatura de equilíbrio rapidamente devido à profundidade do mesmo, além do que primeiro a temperatura da superfície diminui até 0° formando uma camada de gelo e após isso essa camada isola o resto do lago então o mesmo fica a uma temperatura maior que 0°C.
c) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago aumentar. Como a pressão a grandes profundidades aumenta, devido à camada de gelo que se formou, da equação de Clapeyron decorre que a temperatura também aumenta. O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
Errada- Como dito anteriormente não podemos usar essa equação para tratarmos de sólidos ou líquidos. E o equilibrio dinâmico não tem nada a ver com esse problema.
d) Quando a temperatura ambiente fica menor que 0°C, uma camada da superfície do lago congela-se, fazendo o volume (nível) do lago diminuir. Como a pressão a grandes profundidades diminui, devido à camada de gelo que se formou, vemos da equação de Clapeyron que a temperatura também aumenta. O equilíbrio é atingido quando a temperatura a grandes profundidades atinge 4°C, fazendo com que o volume do lago diminua novamente. Temos um equilíbrio dinâmico.
Errada- Como dito anteriormente não podemos usar essa equação para tratarmos de sólidos ou líquidos.