Determine a fase (ou fases) e o volume específico da fase (ou de cada fase) de um sistema constituído apenas de água para as seguintes condições:
Passo 1
O enunciado pede que eu determine: (1) a fase (ou fases) presentes e (2) o volume específico da fase (ou de cada fase) para água pura nas condições
e
.
Informações dadas: e
.
Informações dadas:
Passo 2
Entendimento físico (o que comparar): para uma substância pura, a fase em uma condição
é determinada comparando a pressão do sistema
com a pressão de saturação àquela temperatura
. De forma simples:
Isso vem da ideia de que, à temperatura dada, existe uma pressão na qual líquido e vapor coexistem em equilíbrio; pressionar acima desse valor força a fase líquida.
Passo 3
Vou pegar o valor de
em
numa tabela de vapor d’água (steam tables). Da tabela:
Comparando com a pressão do enunciado:
Logo, a condição dada está muito acima da pressão de saturação a
; portanto a água estará na fase líquida comprimida (ou seja, água líquida, não vapor). É uma única fase: líquido.
Passo 4
Agora precisamos do volume específico
da água líquida a
e
. Para líquidos, é prática comum aproximar o volume específico do líquido comprimido por aquele do líquido saturado à mesma temperatura, porque líquidos são pouco compressíveis. Das steam tables:
Aqui eu peguei o valor diretamente da tabela de propriedades de água (saturated liquid specific volume at
).
Passo 5
Estimativa da correção por compressibilidade (opcional, para ficar mais preciso): a variação do volume com a pressão a temperatura constante é dada pela compressibilidade isotérmica
Linearizando para uma pequena variação de pressão:
Escolhendo um valor típico aproximado para água líquida em torno dessa temperatura,
(valor aproximado usado apenas para estimativa), e com
temos
ou seja, uma redução de cerca de
. Aplicando ao
:
Essa correção é muito pequena; portanto, para a prova, usar
é perfeitamente aceitável, e a estimativa corrigida é
.
Passo 6
Resumo físico e resposta numérica final: fase única — líquido comprimido (água líquida). Volume específico aproximado igual ao do líquido saturado a
:
. Se quiser maior precisão levando em conta compressibilidade,
. Força aí — é uma daquelas questões que parecem assustar, mas a ideia é só comparar com
e lembrar que líquidos são quase incompressíveis.
Resposta
fase: líquido comprimido (água líquida)
volume específico: (aprox.; correção por compressibilidade dá
)
volume específico: