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Simulador de curvas de aquecimento e mudanças de fase

Equações desta simulação

Q = m c ΔT
mMassa de água m (gramas)
ccapacidade térmica específicagelo 2,09, água líquida 4,18, vapor 2,01 J/(g·K): a água precisa de mais calor por grau que quase qualquer outra coisa
ΔTchange in temperaturesó enquanto há uma única fase; numa mudança de fase a temperatura fica parada

Com os valores atuais:

Q = m L_f (fusão a 0 °C), Q = m L_v (ebulição a 100 °C)
L_fcalor latente de fusão334 J/g: a energia para desmanchar o cristal sem aquecê-lo
L_vcalor latente de vaporização2.257 J/g, quase sete vezes L_f: separar de vez as moléculas custa muito mais que afrouxá-las
Qcalor fornecido até agoraa potência do aquecedor vezes o tempo

Com os valores atuais:

t = Q ÷ P
PPotência do aquecedor P (watts; negativa resfria)um watt é um joule por segundo
ttempo de cada etapaos patamares são longos porque os calores latentes são grandes

Com os valores atuais:

Como usar o simulador de curvas de aquecimento

  1. Ajuste a massa de água, a temperatura inicial e a potência do aquecedor. Ela começa como gelo: as moléculas ficam num cristal, cada uma vibrando no seu lugar, e vibram mais conforme a temperatura sobe.
  2. A 0 °C a temperatura para enquanto o gelo derrete: o calor vai para desmanchar o cristal, e as moléculas se soltam uma a uma para o líquido. A 100 °C ela para de novo enquanto a água ferve e as moléculas saem voando como vapor. O gráfico desenha a curva de aquecimento contra o calor fornecido, sobre a curva inteira em cinza, com os seus dois degraus planos.
  3. Deixe a potência negativa para tirar calor e percorrer a curva de trás para a frente, congelando e condensando. As equações somam o calor de cada etapa pelos calores específicos e latentes; a Calculadora de calor específico calcula Q = mcΔT para qualquer substância.

Perguntas frequentes

Por que a temperatura não muda enquanto o gelo derrete?

Porque todo o calor vai para quebrar as ligações que prendem as moléculas no cristal, e não para fazê-las se mover mais rápido. A temperatura mede a energia cinética média das moléculas, que não muda até o último pedaço de gelo derreter. O calor absorvido é o calor latente de fusão, 334 J por grama.

O que é calor latente?

A energia que uma substância absorve ou libera ao mudar de fase a temperatura constante. Para a água, o calor latente de fusão é 334 J/g e o de vaporização 2.257 J/g. As mesmas quantidades voltam no congelamento e na condensação, e é por isso que o vapor queima muito mais que a água fervendo à mesma temperatura.

Por que ferver demora tanto mais que derreter?

Porque o calor latente de vaporização é quase sete vezes o de fusão. Derreter só afrouxa as moléculas para que deslizem umas pelas outras; ferver precisa separá-las de vez, vencendo a atração entre elas. Levar 100 g de água de 0 °C até a fervura custa 42 kJ; evaporá-la toda, mais 226 kJ.

Como calculo o calor de uma curva de aquecimento?

Some cada etapa: aquecer o gelo (m × 2,09 × ΔT), derretê-lo (m × 334), aquecer a água (m × 4,18 × ΔT), fervê-la (m × 2.257) e aquecer o vapor (m × 2,01 × ΔT), com m em gramas. Divida pela potência do aquecedor em watts para ter o tempo em segundos; as equações sob o desenho fazem isso com os seus ajustes.

Diz que o WebGL está desativado.

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Alguma coisa é enviada?

Não. A simulação é desenhada pelo seu próprio navegador com WebGL; nada é enviado a lugar nenhum, e ela continua funcionando offline depois que a página carrega.

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