Calcule a variação de entropia de 1 kg de água mudando de fase de líquido saturado para vapor saturado em um dispositivo cilindro-êmbolo que mantém a pressão constante de 2 MPa .
Passo 1
O que o problema pede e o que é dado.
- Pedido: calcular a variação de entropia de
de água que passa de líquido saturado para vapor saturado em um dispositivo que mantém pressão constante de . - Dados:
- massa:
. - pressão constante durante a mudança de fase:
. - processo: de líquido saturado
vapor saturado (vaporização à pressão de saturação correspondente a ).
- massa:
Passo 2
Conceito e fórmula que vou usar (aula rápida e prática).
- Entropia é uma grandeza termodinâmica que mede a “quantidade de calor por unidade de temperatura” transferida reversivelmente. Para um processo reversível, a variação de entropia do sistema é
- No caso de mudança de fase líquido saturado
vapor saturado, a vaporização ocorre à temperatura de saturação (ou seja, à temperatura constante para aquela pressão). Para um processo reversível e isoterma de vaporização vale
- Em termos de propriedades específicas obtidas em tabelas de vapor, é mais prático usar a entropia específica: a variação de entropia por unidade de massa na vaporização é
onde
é a entropia específica do líquido saturado e
é a entropia específica do vapor saturado, ambos avaliados na mesma pressão de saturação.
- Para uma massa
que vaporiza completamente,
Explicando as variáveis:
-
: massa (em ); -
: entropia específica do líquido saturado (em ); -
: entropia específica do vapor saturado (em ); -
: variação total de entropia do sistema (em ou ).
Dica para a prova: memorizar a fórmula
é prático — basta consultar as tabelas de vapor para
e
na pressão dada.
Passo 3
Obter os valores das tabelas de vapor (onde se consulta).
- Para executar a conta precisamos dos valores de
e para água saturada à pressão . - Consultando tabelas de vapor saturado (tabelas padrão de vapor d’água) na linha correspondente a
obtém-se, tipicamente: - temperatura de saturação:
(apenas para referência), - entropia específica do líquido saturado:
, - entropia específica do vapor saturado:
.
- temperatura de saturação:
(Obs.: esses valores vêm de tabelas de propriedades termodinâmicas padrão para água saturada à pressão indicada. Em prova, cite a fonte “tabelas de vapor/steam tables” se for solicitado.)
Passo 4
Calcular a variação específica de entropia
.
- Subtraindo os valores da tabela:
- Interpretação: cada quilograma de água que vaporiza a
“carrega” uma entropia de .
Passo 5
Obter a variação total de entropia para
e verificar unidades.
- Aplicando
com :
- Convertendo para
(multiplicar por ):
- Checagem rápida: sinal positivo como esperado (entropia aumenta na vaporização).
Passo 6
Comentário final curto e dica de prova.
- Resultado obtido usando diretamente as entropias específicas de saturado das tabelas é o procedimento mais rápido e seguro numa prova. Alternativa teórica: poderia usar
se souber e nas mesmas condições; mas usar evita calcular e converte direto para entropia específica.