Determine a fase, o título (se aplicável) e a propriedade faltante (
ou
) para os seguintes casos:
Neônio
Neônio
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações (tomei estes valores diretamente do enunciado):
- Substância: Neônio.
- Pressão:
. - Volume específico:
.
O que se pede:
- Determinar a fase (por exemplo: líquido comprimido, mistura saturada, vapor saturado, vapor superaquecido).
- Determinar o título (qualidade)
se for mistura bifásica (se aplicável). - Determinar a propriedade faltante entre
e . Neste caso já foi dada e , então a propriedade faltante a encontrar será .
Passo 2
Estratégia e ideias físicas (explicadas devagarinho):
- Para um estado conhecido por
existem três possibilidades: líquido comprimido ( ), mistura saturada ( ) ou vapor ( ). Aqui é o volume específico do líquido saturado e o do vapor saturado, ambos à pressão . - Se o estado for monofásico gasoso, podemos usar a equação dos gases (ou tabelas reais) para obter
. Como não temos tabelas de saturação aqui, uma forma prática é calcular através da lei dos gases ideais e comparar esse com a temperatura crítica e com a temperatura de saturação . Para neônio: e (valores de referência). - Observação chave: para uma dada
a temperatura de saturação é sempre menor que . Assim, se o calculado com a lei dos gases for muito maior que , certamente o estado estará na fase gasosa monofásica (vapor superaquecido) — e então o título não se aplica. - Preciso justificar quando a aproximação de gás ideal é aceitável: quando a temperatura está bem acima de
e a densidade não é extremamente alta, o fator de compressibilidade está próximo de e a aproximação ideal costuma ser razoável.
Passo 3
Calcular a constante específica do gás do neônio:
- Constante universal dos gases:
. - Massa molar do neônio:
. - A constante específica é
Substituindo:
Explicação rápida:
diz quanto a pressão, volume específico e temperatura se relacionam por unidade de massa; unidades consistentes são importantes (Pa, m^3/kg, K).
Passo 4
Usar a lei dos gases ideais para obter
(aproximação inicial):
- A equação dos gases ideais por unidade de massa é
- Isolando
: - Substituindo os valores (lembre que
e ):
Comentário: esse é o valor de
se o neônio se comportar aproximadamente como gás ideal sob essas condições.
Passo 5
Interpretar o resultado e decidir a fase:
- Comparação com
: é muito maior que . - Comparação com
: dado que , a condição supercrítica (que exige e ) não é atendida. - Mesmo assim, para
a temperatura de saturação é menor que ; portanto qualquer muito maior que implica que o fluido está em fase gasosa monofásica — ou seja, vapor superaquecido. - Conclusão física: o neônio nas condições dadas é vapor superaquecido. Logo o título (qualidade) não se aplica.
Passo 6
Validação da aproximação de gás ideal (rapidinho):
- Quando
o comportamento fica bem próximo do ideal e o fator de compressibilidade tende a . Aqui é quase uma ordem de grandeza maior que , então usar a lei dos gases ideais para obter é uma aproximação perfeitamente razoável para identificar a fase e obter com precisão prática para uso em prova sem tabelas complexas.
Resposta
Fase: vapor superaquecido.
Título (qualidade): não aplicável.
Propriedade faltante: (aprox.; corresponde a
).
Título (qualidade): não aplicável.
Propriedade faltante: