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Conservação da energia nas transições de fase

Física

Num processo físico, a energia total do sistema se conserva de forma que a temperatura fica constante na transição de fase, mudando apenas o arranjo das moléculas e átomos da substância.
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Ao estudarmos os processos de transição de fase, ou seja, as mudanças de fase de uma substância, vemos que para que isso ocorra é necessário fornecer ou retirar calor da substância em questão. Em nosso cotidiano podemos observar a mudança de fase da água que se evapora de uma roupa estendida em um varal ou de um cubo de gelo derretendo quando exposto ao ambiente.

Podemos então definir a transição de fase como sendo a reorganização interna das moléculas de uma substância, causando modificações significativas em suas propriedades. A nível de recordação sobre as transições de fase temos:

gás       para    líquido →condensação
líquido  para    gás        →vaporização
líquido  para    sólido   →solidificação
sólido   para    líquido  →fusão
sólido   para    gás         →sublimação
gás       para    sólido    →sublimação

Vimos que os processos físicos que ocorrem em sistemas fechados conservam a energia total do sistema. Nos processos de transição de fase, como a fusão e evaporação, a temperatura permanece constante apesar de se estar fornecendo calor ao sistema. Para entender para onde está indo esta energia, vejamos o que está ocorrendo microscopicamente.

Podemos associar uma energia potencial para cada partícula da substância, como sendo a energia necessária para colocá-la naquela posição. Se quisermos mudar sua disposição interna, é necessário realizar algum tipo de trabalho sobre as partículas. Portanto, podemos associar uma energia potencial ao arranjo dos átomos e moléculas da substância.

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Quando se fornece calor, os átomos e moléculas tendem a vibrar com maior intensidade, aumentando a temperatura, que é uma medida da energia cinética média das partículas. Durante o processo de fusão ou vaporização, a temperatura permanece constante, mas o arranjo dos átomos e moléculas é modificado.

A energia potencial de cada um muda, e a variação desta energia potencial é o calor cedido ou retirado da substância.

A medida da energia gasta, por unidade de massa, é o calor latente de fusão ou vaporização. Quanto maior for o calor latente, maior será a variação da energia potencial em razão da modificação do arranjo atômico ou molecular daquela substância.

Desta forma, a energia total é conservada nos processos de transição de fase. A energia fornecida ou retirada é transformada em energia cinética ou em energia potencial (rearranjo interno dos átomos).


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

A evaporação da água é um processo que ocorre à temperatura ambiente
A evaporação da água é um processo que ocorre à temperatura ambiente

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Conservação da energia nas transições de fase"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conservacao-energia-nas-transicoes-fase.htm. Acesso em 18 de novembro de 2019.

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