Como ocorrem as variações de massa específica para fluidos? Líquidos e gases apresentam o mesmo comportamento?
Passo 1
O enunciado pergunta como a massa específica (densidade) de um fluido varia com pressão e temperatura, e se líquidos e gases se comportam da mesma forma. O conteúdo envolve os conceitos de compressibilidade, coeficiente de expansão térmica e, para gases, a equação de estado.
Passo 2
Em geral, pequenas variações de massa específica podem ser aproximadas por
onde:
– é a densidade num ponto de referência
.
– é a compressibilidade isoterma, definível como
–
–
–
é o coeficiente volumétrico de expansão térmica, dado por
Passo 3
Para líquidos,
é muito pequeno (tipicamente da ordem de
) e
é moderado. Logo, sob variações usuais de pressão a densidade praticamente não muda, e o efeito térmico é pouco maior mas ainda limitado. Na prática tratamos líquidos como incompressíveis, com
Passo 4
Para gases, usamos a equação de estado dos gases ideais:
onde
é a constante específica do gás. Aqui a densidade varia fortemente: aumentando
dobra
, aumentando
reduz
na mesma proporção.
Passo 5
Comparando:
– Líquidos têm quase constante, pois são pouco compressíveis e pouco expansíveis termicamente.
– Gases têm muito sensível a
e
, obedecendo
.
– Líquidos têm
– Gases têm
Resposta
Líquidos e gases não apresentam o mesmo comportamento. A densidade de um líquido varia muito pouco com
e
(incompressível), enquanto a densidade de um gás varia fortemente segundo a lei
.