Exercícios Resolvidos de Energia Interna

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Enunciado

Determine se a água é um vapor superaquecido, um líquido comprimido ou se ela está saturada, usando a tabela de propriedades dada. Considere o seguinte caso:

T = 200   ° C , U = 2650   k J e m = 1   k g .

Passo 1

Para saber se a água está em uma dessas três opções. Devemos comparar sua energia interna específica u com as energias internas específicas do vapor saturado u v e do líquido saturado u l .

O enunciado informa que:

T = 200   ° C

U = 2650   k J

m = 1   k g

Porém ele não informa u diretamente. Para calculá-lo, precisamos lembrar que:

u = U m

Temos todos esses valores. Agora é só aprender a descobrir a fase da água! Faremos isso na próxima etapa.

Passo 2

Agora vamos comparar esses valores com as condições de saturação da água informadas pela tabela!

Se a energia interna específica u for maior que a energia interna específica do vapor saturado a 200   ° C u v , então a água é um vapor superaquecido.

S e   u > u v   ⟹   V a p o r   s u p e r a q u e c i d o

Se u for menor que a energia interna específica do líquido saturado a 200   ° C u l , a água é um líquido comprimido.

S e   u < u l   ⟹   L í q u i d o   c o m p r i m i d o

Por fim, se o valor de u estiver entre u l e u v , a água está saturada.

S e   u l ≤ u ≤ u v   ⟹   S a t u r a ç ã o

Sabendo disso vamos achar as três energias internas ( u , u l e u v ) e fazer a comparação!

Passo 3

Vemos que para T = 200   ° C as energias internas do líquido saturado u l e vapor saturado u v são:

u l = 873,02   k J k g

u v = 2599,44   k J k g

Podemos calcular achar a energia interna específica da água pela fórmula.

u = U m ⟹ u = 2650 1 ⟹ u = 2650   k J k g

Comparando essa energia interna específica com as energias internas de saturação, vemos que:

u > u v

Logo a água é um vapor superaquecido!

Resposta

A água é um vapor superaquecido.

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