Física
Uma montagem experimental foi feita com o propósito de determinar a pressão no interior. de uma lâmpada fluorescente do tipo não compacta, ou seja, com formato cilíndrico.
Para isso, o lacre metálico de uma das extremidades da lâmpada foi totalmente mergulhado na água de um recipiente e, então, rompido. Conforme representado no esquema
a seguir, a água entrou pela abertura do lacre quebrado e subiu pela lâmpada, devido à
baixa pressão em seu interior. Considere que a lâmpada empregada possui 1,20 m de
comprimento, seu diâmetro é de 4 cm, a água atingiu a altura de 1,19 cm e que esse
experimento foi realizado em um local onde a pressão atmosférica é igual a 700 mmHg.
A)
A partir da situação experimental descrita, e desconsiderando eventual eliminação
de impurezas gasosas dissolvidas na água quando dentro do tubo da lâmpada,
calcule o valor da pressão interna que possui uma lâmpada fluorescente com as
especificações indicadas.
B)
Ao realizar tal procedimento experimental, um estudante percebeu que a água,
após ter preenchido quase totalmente a lâmpada, começou a entrar em ebulição,
desprendendo algumas bolhas. Nesse instante, o aluno verificou em um termômetro
que a temperatura no ambiente era de 21°C. Intrigado, tocou o tubo da lâmpada
para perceber se ele estava quente, porém, não estava. Explique por que a água
entrou em ebulição conforme o cenário descrito.
Resolvida:
A)
Os pontos B e C, por estarem em um mesmo nível horizontal, em um mesmo líquido, suportam a mesma pressão, que equivale à pressão atmosférica. Já o ponto A
suporta a pressão equivalente à pressão final do gás no interior da lâmpada (após
o lacre ser rompido e o gás ser comprimido). De acordo com o Teorema de Stevin,
podemos escrever:
PB – PA = PHidrostática (1)
Consideração: 1 atm = 760 mmHg = 10mH2O
=
Phid
Logo,
760 · 1,19
= 90,44mmHg
10
Substituindo em 1:
700 – Pint = 90,44
∴ Pfinal ≅ 609,56 mmHg
Consideração 2: Supondo que na compreensão do gás pela água, o processo ocorra a
temperatura constante, podemos escrever:
Pi · Vi = Pf · Vf
(lei de Boyle)
Pi · Abase · hi = 609,56 · Abase · hf
(÷ Abase)
Pi · (1,20) = 609,56 (0,01)
Pi =
6, 0956
≅ 5, 08 mmHg
1, 20
Logo, a pressão interna de uma lâmpada fluorescente (antes do rompimento do lacre),
com as especificações indicadas, equivale a 5,08 mmHg, aproximadamente.
B)
Como a pressão interna à lâmpada é menor do que a pressão atmosférica local,
que por sua vez é menor do que a pressão do ar ao nível do mar, as moléculas
de água mais energéticas conseguem escapar do líquido, dando início a um processo de vaporização do mesmo, como observado pelo estudante, ainda que a
temperatura ambiente seja de 21°C.