UFSC 2012 — questão 25 de Física
Enunciado em texto
Pedrinho, ao chegar da escola, explica para sua avó o que aprendeu sobre o funcionamento de uma panela de pressão. Ela ficou surpresa em saber como um utensílio doméstico comum serve para exemplificar e explicar muitos princípios físicos.
Independentemente de marca e modelo, além de cabos e tampa, toda panela de pressão é constituída basicamente de uma válvula com pino, que serve para controlar a pressão dentro da panela, e de uma válvula de segurança que se rompe, caso a válvula com pino não seja acionada.
[Figura: à esquerda, panela de pressão sobre a chama, com água no fundo e vapor acima; na tampa, a “válvula com pino” e a “válvula de segurança”. À direita, gráfico p (atm) × T (K): uma curva crescente, cada vez mais inclinada (a curva de vaporização).]
Com base no funcionamento da panela, nos princípios e fenômenos físicos envolvidos e no diagrama de fase acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
(01) Na panela de pressão em contato com a chama, ocorre uma transformação isobárica quando a válvula com pino é acionada.
(02) O diagrama de fase (curva de vaporização), acima, representa a relação entre temperatura e pressão de vaporização da água.
(04) A pressão dentro da panela depende unicamente da massa de água que está passando para a fase gasosa.
(08) A panela de pressão cozinha os alimentos em um tempo menor, porque ela atinge a temperatura de vaporização (100 °C) mais rapidamente do que as panelas comuns.
(16) A água na fase gasosa é denominada vapor, pois sua temperatura se encontra abaixo da temperatura crítica, não podendo ser liquefeita simplesmente por compressão isotérmica.
(32) A panela de pressão cozinha os alimentos em um tempo menor, porque ela atinge a temperatura de vaporização acima da temperatura de ebulição da água na pressão de 1,0 atm.
(Enunciado e figura: Vestibular UFSC 2012 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: explicar a panela de pressão pela curva de vaporização da água.
A ideia física: a temperatura de ebulição depende da pressão (é a curva do gráfico). Fechada, a panela acumula vapor, a pressão sobe acima de 1 atm e a água só ferve a uma temperatura mais alta (em torno de 120 °C). O alimento cozinha numa água mais quente, e por isso mais depressa.
(01) Verdadeira. Quando a pressão atinge o valor de projeto, o pino é erguido e deixa escapar o excesso de vapor: daí em diante a pressão interna fica praticamente constante, e a água ferve a temperatura constante. É o regime isobárico.
(02) Verdadeira. Cada ponto da curva dá a pressão em que a água ferve (pressão de vapor) em cada temperatura; abaixo dela a água está vapor, acima, líquida.
(04) Falsa. A pressão do vapor depende principalmente da temperatura (é isso que o gráfico mostra) e da regulagem da válvula (o peso do pino e a área do orifício), não “unicamente” da massa de água vaporizada.
(08) Falsa. A panela não chega mais depressa aos 100 °C; ela permite que a água passe dos 100 °C sem ferver.
(16) Falsa. A definição está certa (vapor é o gás abaixo da temperatura crítica), mas a consequência está invertida: justamente por estar abaixo da temperatura crítica, o vapor pode ser liquefeito só por compressão isotérmica. Acima da crítica (gás), isso é impossível.
(32) Verdadeira. Com a pressão interna acima de 1 atm, a ebulição ocorre acima de 100 °C, e o cozimento é mais rápido.
⚠️ A armadilha: a (08). A explicação popular (“a panela esquenta mais rápido”) está errada: o ganho vem da temperatura de ebulição mais alta, não da rapidez para chegar a 100 °C.
A ideia em uma frase: mais pressão, maior temperatura de ebulição: a panela de pressão cozinha na água a cerca de 120 °C.
Resposta: soma 35 (01 + 02 + 32).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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