3.22 Determine a fase, o título (se aplicável) e a propriedade faltante (
ou
) para os seguintes casos:
Neônio
Neônio
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados:
- Substância: Neônio (Ne).
- Pressão:
. - Volume específico:
.
O que se pede:
- Determinar a fase (liquido comprimido, mistura saturada, vapor saturado ou vapor superaquecido / gás).
- Determinar o título (qualidade)
, se aplicável. - Encontrar a propriedade faltante (aqui falta a temperatura
).
Passo 2
Explicação da ferramenta que vou usar: quando a substância está no estado gasoso pouco denso é comum usar a equação dos gases ideais
onde:
-
é a pressão (em Pa), -
é o volume específico (em ), -
é a constante específica do gás (em ), -
é a temperatura absoluta (em K).
Para calcular
usamos a constante universal dos gases
dividida pela massa molar
do neônio:
Valores numéricos que vou usar (valores usuais):
Passo 3
Calcular a constante específica
do neônio:
Agora uso a equação dos gases ideais para obter a temperatura
:
primeiro converto a pressão para Pa: .
Aplicando
primeiro converto a pressão para Pa:
Aplicando
Em graus Celsius:
Observação didática rápida: a equação dos gases ideais é uma boa aproximação quando o fluido está em condição gasosa bem acima da temperatura de liquefação; mais abaixo eu teria que consultar tabelas termodinâmicas ou usar correções (equações de estado reais).
Passo 4
Agora determinar a fase. Conceitos importantes:
- Para uma dada pressão
existe, se , uma temperatura de saturação tal que, se , a substância pode estar líquida ou em mistura, e se ela está na fase vapor (possivelmente superaquecida). - O ponto crítico tem temperatura
acima da qual não existe mais troca horizonte líquido–vapor. Para o neônio, é muito baixo: (valor conhecido para Ne).
Para a pressão dada
vale que a temperatura de saturação correspondente é menor que
(pois
implica
), logo
. Comparando com a temperatura que calculamos:
Portanto o neônio, nas condições dadas, está na fase gasosa bem acima da temperatura de saturação: trata‑se de vapor superaquecido (ou simplesmente gás). Como não é mistura saturada, o título
não se aplica.
Passo 5
Resumo prático — como fazer na prova:
- Identifique os dados e veja qual propriedade falta (aqui falta
). - Se for plausível usar gás ideal (substância leve, T bem acima de temperaturas de liquefação), calcule
e obtenha . - Compare
obtida com a temperatura de saturação (ou com ). Se (ou muito maior que ), é vapor superaquecido; aí é “não aplicável”.
Resposta
Fase: vapor superaquecido (gás).
Título: não aplicável.
Temperatura: (
).
Título: não aplicável.
Temperatura: