Definir sucintamente as propriedades termodinâmicas: energia interna, volume específico, entalpia, entropia e título. Definir os estados: subresfriado, líquido saturado, mistura, vapor saturado e vapor superaquecido. Utilizar as tabelas de vapor saturado e de vapor superaquecido. Desenhar o diagrama t x s, mostrando a sua relação com as tabelas de vapor. Indicar a fórmula para o cálculo das propriedades termodinâmicas de uma mistura de líquido e de vapor, ambos no estado saturado. Definir calor específico e calor latente, e mostrar que o
da tabela representa o calor latente de vaporização.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Precisamos definir algumas propriedades termodinâmicas como energia interna, volume específico, entalpia, entropia e título. Também vamos definir diferentes estados de uma substância, como subresfriado, líquido saturado, mistura, vapor saturado e vapor superaquecido. Além disso, vamos usar tabelas de vapor saturado e superaquecido, desenhar um diagrama t-x-s e mostrar como calcular as propriedades de uma mistura de líquido e vapor no estado saturado. Por fim, vamos definir calor específico e calor latente e mostrar que o Δh das tabelas representa o calor latente de vaporização. Para resolver tudo isso, precisamos entender os conceitos básicos de termodinâmica e como utilizamos tabelas de vapor.
Passo 2
Vamos começar definindo as propriedades termodinâmicas:
- Energia Interna (U): É a energia total contida dentro de um sistema devido ao movimento e interação das moléculas.
- Volume Específico (v): É o volume ocupado por unidade de massa de uma substância.
- Entalpia (H): É a soma da energia interna com o produto da pressão pelo volume, ou seja, $ H = U + P \times V $.
- Entropia (S): Mede a desordem ou a quantidade de energia dispersa em um sistema.
- Título (x): É a fração em massa de vapor em uma mistura de líquido e vapor.
Passo 3
Agora, vamos definir os estados da substância:
- Subresfriado: Quando o líquido está abaixo da temperatura de saturação para uma dada pressão.
- Líquido Saturado: Estado em que o líquido está na temperatura máxima para uma determinada pressão antes de começar a vaporizar.
- Mistura: Quando há coexistência de líquido e vapor, caracterizado pelo título.
- Vapor Saturado: Vapor na temperatura de saturação correspondente à pressão, pronto para se condensar.
- Vapor Superaquecido: Vapor aquecido além da temperatura de saturação para a pressão dada, com energia adicional.
Passo 4
Para utilizar as tabelas de vapor saturado e superaquecido, precisamos entender que elas fornecem valores de propriedades termodinâmicas para diferentes estados. Essas tabelas nos ajudam a encontrar valores como entalpia, entropia e energia interna para líquidos e vapores em equilíbrio.
Passo 5
Vamos desenhar o diagrama t-x-s, que relaciona temperatura (t), título (x) e entropia (s). Nesse diagrama, temos uma curva que representa a linha de saturação. À esquerda dessa linha está o líquido saturado, à direita está o vapor saturado, e entre elas está a região da mistura. Esse diagrama ajuda a visualizar como as propriedades mudam com a adição de calor.
Passo 6
A fórmula para calcular as propriedades termodinâmicas de uma mistura de líquido e vapor no estado saturado é baseada na fração de vapor (título). Por exemplo, para a entalpia ($ h $) de uma mistura:
onde $ h_f $ é a entalpia do líquido saturado e $ h_g $ a do vapor saturado.
Passo 7
Agora, vamos definir alguns conceitos de calor:
- Calor Específico ©: É a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de uma unidade de massa de uma substância em um grau Celsius.
- Calor Latente (L): É a quantidade de calor necessária para mudar a fase de uma substância sem alterar sua temperatura, por exemplo, a vaporização.
Passo 8
Finalmente, mostramos que o $ \Delta h $ das tabelas representa o calor latente de vaporização. Na tabela, $ \Delta h $ é a diferença entre a entalpia do vapor saturado e a entalpia do líquido saturado:
Esse valor corresponde exatamente ao calor latente necessário para vaporizar o líquido sem mudar sua temperatura.
Resposta
Definimos as propriedades termodinâmicas e os estados da substância, utilizamos tabelas de vapor para encontrar as propriedades, desenhamos o diagrama t-x-s para visualizar as mudanças, aplicamos fórmulas para calcular as propriedades de misturas saturadas e entendemos que o $ \Delta h $ das tabelas representa o calor latente de vaporização.