Calcule os valores de
e
para 1 kg de água, quando vaporizado na temperatura constante de
e sob uma pressão constante de
. Nessas condições, os volumes específicos da água líquida e do vapor dágua são, respectivamente, 0,00104 e
. Para essa mudança, uma quantidade de 2;256,9 kJ de calor é adicionada a água.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para calcular três grandezas termodinâmicas (
,
e
) para 1 kg de água que está sendo vaporizada a uma temperatura constante de
e pressão constante de
. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de termodinâmica relacionados a mudanças de fase, especificamente a vaporização, além de usar as informações dadas sobre volumes específicos e a quantidade de calor adicionada.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar o que cada uma dessas grandezas representa:
-
: Variação da energia interna. É a quantidade de energia armazenada no sistema. -
: Variação da entalpia. Representa a energia total do sistema, incluindo a energia interna e a energia associada ao trabalho de expansão ou compressão. -
: Variação da entropia. Mede a desordem ou a quantidade de energia disponível para realizar trabalho.
Passo 3
Começamos calculando a variação da entalpia (
). Em um processo a pressão constante, a variação de entalpia é igual à quantidade de calor adicionada ao sistema:
Sabemos que
, então:
Passo 4
Agora, vamos calcular a variação da energia interna (
). A relação entre
e
é dada por:
Como a pressão é constante, podemos simplificar para:
Precisamos calcular
, que é a variação do volume específico multiplicada pela massa:
Onde:
Então:
Agora, multiplicamos pela pressão (lembrando de converter a pressão para kPa):
Agora podemos encontrar
:
Passo 5
Por fim, vamos calcular a variação da entropia (
). A relação entre entalpia e entropia em um processo a temperatura constante é:
Precisamos converter a temperatura para Kelvin:
Agora, calculamos:
Resposta
Para a vaporização de 1 kg de água a
e
, temos: