Determine a fase ou as fases de um sistema que consiste em
nas seguintes condições e esboce os diagramas
e
mostrando a localização de cada estado.
bar,
.
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados:
- Pressão:
. - Temperatura:
.
O que se pede:
- Determinar a(s) fase(s) do sistema água nessas condições.
- Esboçar (descrever) os diagramas
e mostrando onde o estado fica localizado.
Passo 2
Ideia-chave que vamos usar (explicando bem devagar):
- Para uma substância pura existe uma curva de saturação que relaciona pressão e temperatura de vaporização. Se um estado tem pressão
e temperatura , pode-se comparar com a temperatura de saturação àquela pressão, . - Se
então o sistema está em condição de saturação (liquido+vapor possíveis). - Se
então a substância é líquido comprimido (sub-resfriado): só há fase líquida. - Se
então a substância é vapor superaquecido: só há fase vapor.
- Se
- Alternativamente pode-se comparar a pressão com a pressão de saturação à dada temperatura,
: - Se
→ saturado (mistura possível). - Se
→ líquido comprimido. - Se
→ vapor superaquecido.
- Se
- Em prática usa-se tabelas de saturação (tabelas água/vapor) para obter
em função de ou em função de .
Passo 3
Consultando tabelas de saturação da água (valor tirado das tabelas de vapor d’água):
- Temperatura de saturação à pressão
é aproximadamente
- Pressão de saturação à temperatura
é aproximadamente
Eu peguei esses valores nas tabelas de saturação (tabelas padrão de água/vapor).
Passo 4
Aplicando as comparações:
- Comparando temperaturas:
. Logo, para a pressão a temperatura é menor que a de saturação → líquido comprimido (sub-resfriado). - Comparando pressões:
. Mesma conclusão: a pressão é maior que a pressão de saturação àquela temperatura → líquido comprimido.
Portanto as duas formas de comparação dão a mesma resposta: estado líquido (comprimido/sub-resfriado), não há mistura e nem vapor superaquecido.
Passo 5
Explicação do que significa “líquido comprimido” e implicações práticas (para a prova):
- “Líquido comprimido” (sub-resfriado) significa que a água está na fase líquida e sua temperatura está abaixo da temperatura de ebulição que corresponderia àquela pressão. Fisicamente é um líquido “normal” à pressão dada, não há bolhas de vapor.
- Propriedades: o volume específico
é pequeno (ordem de para água líquida) e varia muito pouco com pressão/temperatura; na prática para cálculos rápidos pode-se aproximar o volume específico do líquido comprimido pelo volume específico do líquido saturado à mesma temperatura ou à mesma pressão (dependendo da tabela disponível).
Passo 6
Como esboçar o diagrama
e posicionar o ponto (descrição passo a passo para desenhar à mão na prova):
Desenho do diagrama
:
- Eixos: eixo vertical = pressão
(em escala logarítmica ou linear), eixo horizontal = volume específico . - Desenhe a campânula (curva de saturação) com o ponto crítico no topo direito da campânula (para a água
, ). A região à esquerda da campânula é região líquida, a direita é vapor. - Trace uma linha horizontal em
. - A interseção dessa linha com a borda esquerda da campânula é o ponto de líquido saturado à
(que corresponde a ). - Como o estado real tem
, o ponto do estado fica na mesma linha de pressão porém um pouco à esquerda do ponto de líquido saturado (ou seja, dentro da região líquida, ligeiramente deslocado para volumes específicos um pouco menores). Marque esse ponto e rotule “ — líquido comprimido”.
Passo 7
Como esboçar o diagrama
e posicionar o ponto (descrição passo a passo para desenhar à mão na prova):
Desenho do diagrama
:
- Eixos: eixo vertical = temperatura
, eixo horizontal = volume específico . - Desenhe a campânula (curva de saturação em função de
); para cada a borda esquerda dá e a borda direita dá . - Trace a linha horizontal em
. Essa linha corta a campânula nas abscissas e correspondendo ao líquido saturado e vapor saturado a (nessa temperatura a pressão de saturação é ). - Nosso estado tem
porém com . Um líquido comprimido a maior pressão terá volume específico ligeiramente menor que . Portanto no diagrama o ponto do estado fica na mesma linha horizontal , mas à esquerda do ponto de líquido saturado (fora da campânula, na região líquida). Marque e rotule “ — líquido comprimido”.
Passo 8
Resumo rápido para a prova (fórmula curta que salva tempo):
- Método 1: obter
das tabelas e comparar com . - Método 2: obter
das tabelas e comparar com .
Neste problema ambos os métodos mostram claramente líquido comprimido.
Passo 9
Pequeno incentivo: é normal confundir com mistura no começo — o truque é sempre consultar a tabela de saturação e comparar uma das duas quantidades (ou as duas). Com esse procedimento você acerta rápido na prova.
Resposta
Líquido comprimido (sub-resfriado); no diagrama
e no diagrama
o ponto está na região líquida, à esquerda da curva de saturação (para
e
).