Uma mistura de 3 litros de água líquida com 4 litros de vapor de água está em equilíbrio termodinâmico na pressão de 100 kPa . Determine a energia interna da mistura.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos apresenta uma mistura de 3 litros de água líquida com 4 litros de vapor de água, tudo isso em equilíbrio termodinâmico a uma pressão de 100 kPa. Nosso objetivo aqui é determinar a energia interna dessa mistura. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados à energia interna em sistemas de misturas de líquidos e vapores.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender que a energia interna total da mistura é a soma das energias internas do líquido e do vapor presentes. Para isso, vamos precisar das energias internas específicas da água líquida e do vapor a 100 kPa. Essas informações geralmente estão disponíveis em tabelas termodinâmicas.
Passo 3
Vamos denotar:
-
como a energia interna específica da água líquida a 100 kPa. -
como a energia interna específica do vapor de água a 100 kPa.
Supondo que, a 100 kPa:
Passo 4
Agora, precisamos saber a massa de cada fase na mistura. Para isso, vamos usar a densidade da água líquida e do vapor a 100 kPa.
Supondo que:
- A densidade da água líquida a 100 kPa é aproximadamente
- A densidade do vapor de água a 100 kPa é aproximadamente
Passo 5
Calculando as massas:
- Massa da água líquida:
- Massa do vapor de água:
Passo 6
Agora, calculamos a energia interna de cada componente:
- Energia interna da água líquida:
- Energia interna do vapor:
Passo 7
Finalmente, somamos as energias internas das duas fases para obter a energia interna total da mistura:
Resposta
A energia interna da mistura é de 1263 kJ.