Um método de calibração de termômetros consiste em estabelecer a temperatura do ponto triplo da água (H2O), a partir do
qual é verificado se a leitura do termômetro está de acordo com a escala pela qual este foi projetado. Uma das maneiras para
se obter o ponto triplo da água consiste em inserir água (H2O) na fase líquida em um tubo, onde se faz vácuo. Disso resulta
uma mistura de água + vapor de água e neste momento o tubo é selado. Resfriando-se o tubo, verifica-se que as três fases
da água (H2O) coexistem quando a indicação de temperatura no termômetro de controle se estabiliza em 0,01 oC (273,16 K) e
a pressão interna do tubo é de 4,58 mmHg (0,006026317 atm). Dessa maneira, verifica-se que

Question

Um método de calibração de termômetros consiste em estabelecer a temperatura do ponto triplo da água (H2O), a partir do
qual é verificado se a leitura do termômetro está de acordo com a escala pela qual este foi projetado. Uma das maneiras para
se obter o ponto triplo da água consiste em inserir água (H2O) na fase líquida em um tubo, onde se faz vácuo. Disso resulta
uma mistura de água + vapor de água e neste momento o tubo é selado. Resfriando-se o tubo, verifica-se que as três fases
da água (H2O) coexistem quando a indicação de temperatura no termômetro de controle se estabiliza em 0,01 oC (273,16 K) e
a pressão interna do tubo é de 4,58 mmHg (0,006026317 atm). Dessa maneira, verifica-se que Alternativa A: a mistura água + vapor de água é formada, uma vez que o vácuo realizado no tubo aumenta a temperatura em seu
interior devido ao trabalho externo realizado para executar essa tarefa, aumentando consideravelmente a energia
interna do sistema e, consequentemente, a mudança de fase de parte da água líquida para a fase gasosa (vapor de
água). Ou Alternativa B: abaixando-se a temperatura do tubo selado com a mistura água + vapor de água, é realizado trabalho externo,
aumentando consideravelmente a energia interna do sistema e, consequentemente, a mudança de fase de parte da
água líquida para a fase sólida (gelo).  Ou Alternativa C: aumentando-se a temperatura do tubo selado com a mistura água + vapor de água, é realizado trabalho externo,
aumentando consideravelmente a energia interna do sistema e, consequentemente, a pressão interna no tubo. Disso
resulta a mudança de fase de parte da água líquida para a fase sólida (gelo). Ou Alternativa D: é possível ferver a água mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão atmosférica, uma vez que a
temperatura do ponto de fusão da água pouco é afetada durante esse processo, mas a temperatura do ponto de
ebulição da água diminui severamente ao ponto de quase coincidir com a temperatura do ponto de fusão da água.  Ou Alternativa E: é possível congelar a água mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão atmosférica, uma vez que a
temperatura do ponto de fusão da água pouco é afetada durante esse processo, mas a temperatura do ponto de
ebulição da água diminui severamente ao ponto de quase coincidir com a temperatura do ponto de fusão da água.

Qconcursos · Accepted Answer

Alternativa [D] é possível ferver a água mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão atmosférica, uma vez que a
temperatura do ponto de fusão da água pouco é afetada durante esse processo, mas a temperatura do ponto de
ebulição da água diminui severamente ao ponto de quase coincidir com a temperatura do ponto de fusão da água.  Tema central: Ponto triplo da água e efeito da pressão na temperatura de ebulição. Esses conceitos são fundamentais em Física para entender as mudanças de fase e o funcionamento de instrumentos como termômetros.

No ponto triplo, as três fases da água (sólido, líquido e vapor) coexistem em equilíbrio. Para a água, isso ocorre a 0,01 °C (273,16 K) e 4,58 mmHg. É um parâmetro internacional de calibração de termômetros.

Justificativa da alternativa correta (D): Ao diminuir a pressão dentro do tubo, a temperatura de ebulição da água cai. Assim, ela pode ser fervida até próximo de 0 °C, mesmo sem alterar significativamente o ponto de fusão (congelamento). Isso fica claro no diagrama de fases da água (Moyses Nussenzweig, "Curso de Física Básica"; Halliday, Resnick & Walker, "Física 1"): a linha de ebulição desce fortemente com a queda de pressão, aproximando-se da linha de fusão.

Sobre as alternativas incorretas:

A) Errado. Fazer vácuo NÃO aumenta a temperatura pela realização de trabalho externo, muito menos faz ferver por agregar energia. A mudança de fase ocorre pela redução da pressão, não pelo aumento da energia interna.

B) Errado. Resfriar o recipiente NÃO realiza trabalho externo para aumentar energia interna, pelo contrário: causa perda de calor e pode levar à solidificação, mas por redução de energia interna, não aumento.

C) Errado. Aquecer favorece a vaporização, não o congelamento. A formação de gelo ocorre por redução de temperatura, e não aumento. Relacionar aumento de energia à formação de sólido é conceitualmente oposto à teoria física.

E) Errado. Congelamento depende de diminuição de temperatura, não de uma queda abrupta de pressão. Diminuir a pressão favorece a vaporização, não o congelamento da água.

Estratégia de prova: Atenção às relações corretas de causa e efeito (diminuir pressão reduz ponto de ebulição, mas não ponto de fusão) e à diferença entre congelamento (sólido) e ebulição (gás).

Resumo: A alternativa D, que relaciona redução de pressão com diminuição do ponto de ebulição, está absolutamente de acordo com a teoria da termodinâmica.

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