Analise qualitativamente o que ocorre com cada um dos sistemas abaixo à medida que eles são submetidos aos processos a seguir indicados. Represente em um diagrama P-V os referidos processos e os pontos representativos dos estados dos sistemas:
a) Um sistema constituído somente de fase líquida a uma temperatura inferior à temperatura crítica e pressão inferior à sua pressão crítica é aquecido isobaricamente até uma temperatura superior ao seu valor crítico.
b) O sistema acima referido está agora a uma pressão maior do que a crítica e temperatura inferior a Tc, será aquecido isobaricamente até atingir
.
c) Um sistema inicialmente idêntico ao descrito no item a sofrerá um processo em que as etapas serão indicadas a seguir: aquecimento isocórico até
; aquecimento isobárico até
e um volume bem superior a Vc ; resfriamento isocórico até
.
a) Um sistema constituído somente de fase líquida a uma temperatura inferior à temperatura crítica e pressão inferior à sua pressão crítica é aquecido isobaricamente até uma temperatura superior ao seu valor crítico.
b) O sistema acima referido está agora a uma pressão maior do que a crítica e temperatura inferior a Tc, será aquecido isobaricamente até atingir
c) Um sistema inicialmente idêntico ao descrito no item a sofrerá um processo em que as etapas serão indicadas a seguir: aquecimento isocórico até
Passo 1
Beleza, o exercício tá pedindo pra gente olhar o que acontece com um fluido num diagrama pressão‐volume (P–V) quando ele passa por certas mudanças de temperatura, pressão ou volume. O conteúdo aqui é termodinâmica de fases: entender a “campânula” líquidovapor, o ponto crítico
, e como aparecem os processos isobárico (linha horizontal), isocórico (linha vertical) no P–V. Vamos precisar saber:
- Como desenhar a curva de saturação (a campânula) e marcar o ponto crítico.
- O que significam fases líquida, mistura líquidovapor e vapor ou fluido supercrítico.
- Como cada processo (isobárico ou isocórico) atravessa essas regiões no diagrama.
A partir do passo 2 a gente faz a análise de cada item.
Passo 2
Item (a):
– Estado inicial: pura fase líquida, com e
. No P–V isso é um ponto à esquerda da base da campânula.
– Processo: aquecimento isobárico a , ou seja, traço horizontal pra direita.
– Estado inicial: pura fase líquida, com
– Processo: aquecimento isobárico a
- Primeiro ele chega à curva de líquido saturado (bolha começa).
- Continua na região bifásica (mistura) até atingir o ponto vapor saturado.
- A partir daí entra na região de vapor superaquecido.
- Mesmo que você chegue a
, a pressão ainda é subcrítica, então nunca vira fluido supercrítico – continua sendo vapor quente.
No diagrama P–V fica um segmento horizontal que cruza a campânula (de líquido saturado a vapor saturado) e segue pra fora como vapor.
Passo 3
Item (b):
– Agora e
, o fluido está numa região de “líquido comprimido” (à direita do eixo mas acima da campânula).
– Processo: aquecimento isobárico a essa pressão . No P–V é outra linha horizontal, só que acima do topo da campânula (acima de
).
– Agora
– Processo: aquecimento isobárico a essa pressão
- Como não existe curva de saturação para
, não há trocas de fase. - O fluido simplesmente vai de “líquido comprimido” pra “fluido supercrítico” de forma contínua, sem mistura de fases nem calor latente.
Passo 4
Item ©:
Estado inicial igual ao do item (a) — pura fase líquida em ,
, volume inicial
. A gente faz três etapas escolhendo caminhos no diagrama que contornam a campânula:
Estado inicial igual ao do item (a) — pura fase líquida em
- Iso-córico: aquece a volume constante
. No P–V é subida vertical. Como , essa reta fica à esquerda da campânula, então você sai de líquido comprimido direto pra região supercrítica (pressão sobe, atravessa ponto crítico). - Iso-bárico: a partir do ponto supercrítico gerado, mantém
e esquenta mais, traçando uma linha horizontal pra direita até um volume . Continua tudo supercrítico, sem entrar em duas fases. - Iso-córico: agora esfria a volume constante (esse volume grande). No P–V é uma descida vertical à direita da campânula. Mesmo chegando a
, como e nesse trecho (tudo fora da campânula), você termina num gás subcrítico, mas nunca passou por mistura líquidovapor.
Resposta
(a) Isobárico a
: linha horizontal cruza campânula → líquidofase saturado → mistura → superaquecido.
(b) Isobárico a : linha horizontal acima do ponto crítico → sem curva de saturação, vai direto de líquido comprimido a fluido supercrítico.
©
(b) Isobárico a
©
- Iso‐córico (vertical à esquerda) leva de líquido comprimido a supercrítico;
- Iso‐bárico (horizontal acima de
) expande supercriticamente a ; - Iso‐córico (vertical à direita) resfria de supercrítico a gás subcrítico — sem nunca cruzar a campânula.