Uma massa de 200 g de água líquida saturada é completamente vaporizada a uma pressão constante de
. Determine: (a) a variação de volume e (b) a quantidade de energia transferida para a água.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas quando uma massa de água líquida saturada é completamente vaporizada a pressão constante de
:
- (a) a variação de volume total
da massa; - (b) a quantidade de energia (calor) transferida para a água durante essa vaporização
.
Dados fornecidos:
- massa da água:
; - pressão constante:
; - processo: água passa de líquido saturado para vapor saturado à mesma pressão
.
Observações importantes (pegas das tabelas de vapor saturado para
):
- volume específico do líquido saturado:
; - volume específico do vapor saturado:
; - entalpia de vaporização (calor latente) a
: .
Nota: esses números foram obtidos das tabelas de vapor saturado padrão para
. Pequenas variações entre diferentes tabelas são normais; o método e as fórmulas abaixo valem em qualquer caso.
Passo 2
Conceitos e fórmulas que vamos usar (explicação didática):
- O volume específico
é o volume por unidade de massa, em . O volume total de uma massa é . - Ao vaporizar completamente a massa de líquido saturado, o volume específico varia de
(inicial) para (final). Assim a variação de volume total é
- A entalpia de vaporização
é a quantidade de energia necessária para vaporizar 1 kg de líquido saturado à pressão dada. Para uma vaporização isobárica completa, o calor transferido é
Explicando em palavras: multiplicamos a massa pelo volume específico final menos o inicial para achar quanto o volume total aumentou; e multiplicamos a massa pelo calor latente para achar a energia necessária para a mudança de fase.
Passo 3
Calcular a variação do volume específico:
Agora calcular a variação de volume total usando
:
Arredondando adequadamente (duas ou três casas significativas razoáveis neste contexto):
Passo 4
Calcular a energia (calor) transferida usando
:
Se for desejável em joules:
Explicação física curta: isso significa que, para transformar
de água líquida saturada em vapor saturado à pressão de
, é necessário fornecer cerca de
de energia térmica (ignorando perdas).
Resposta
(a)
(b)
(b)