Um sistema termodinâmico contém, inicialmente, líquido saturado nas condições
. Este sistema passa por um processo de aquecimento a pressão constante até que se tenha apenas vapor superaquecido. Mostre, por meio de um diagrama
de substância pura, como se dá este processo.
Atenção para a construção do diagrama que, mesmo sendo um esboço, deve conter os elementos mínimos para identificá-lo, como os eixos com a indicação das variáveis, linhas de equilíbrio necessárias, as linhas iso necessárias (isoterma, isobárica ou outra), além da própria linha indicando a trajetória percorrida pelo processo proposto, com indicação de início e fim das variáveis.
Atenção para a construção do diagrama que, mesmo sendo um esboço, deve conter os elementos mínimos para identificá-lo, como os eixos com a indicação das variáveis, linhas de equilíbrio necessárias, as linhas iso necessárias (isoterma, isobárica ou outra), além da própria linha indicando a trajetória percorrida pelo processo proposto, com indicação de início e fim das variáveis.
Passo 1
Então, o exercício pede pra gente desenhar num diagrama P-
(pressão versus volume específico) o seguinte processo:
– Estado inicial: líquido saturado em .
– Processo: aquecimento a pressão constante ( ) até virar vapor superaquecido.
Conteúdo: diagrama de substância pura P- , curvas de saturação (domo de vapor), isobárica e trajetória do processo. Vamos precisar entender o que é linha de líquido saturado, linha de vapor saturado, ponto crítico e como se representa um processo isobárico nesse diagrama.
– Estado inicial: líquido saturado em
– Processo: aquecimento a pressão constante (
Conteúdo: diagrama de substância pura P-
Passo 2
Primeiro, monta o esqueleto do P-
:
- Eixo vertical: Pressão
. - Eixo horizontal: Volume específico
. - Desenha o “domo de vapor” (curva de saturação):
- Lado esquerdo do domo = linha de líquido saturado (
). - Lado direito do domo = linha de vapor saturado (
). - No topo, o ponto crítico (onde
).
- Lado esquerdo do domo = linha de líquido saturado (
Explanação rápida: dentro do domo há mistura líquido+vapor; fora, à esquerda é sub-resfriado, à direita é superaquecido.
Passo 3
Agora localiza o estado inicial (ponto 1):
– Como é líquido saturado em , ele fica exatamente na interseção da isobárica
com a linha de líquido saturado.
– Ali, o volume específico é .
Marca esse ponto como “1”.
– Como é líquido saturado em
– Ali, o volume específico é
Marca esse ponto como “1”.
Passo 4
Descreve o processo isobárico:
– Isobárica significa constante, então no diagrama P-
a trajetória é uma linha horizontal.
– À medida que a gente aquece, o estado se move pra direita dentro do domo (mistura) de até
(ponto de vapor saturado).
– Passando do ponto de vapor saturado, a linha continua pra direita na região de vapor superaquecido, até atingir o volume específico final (ponto 2).
– Isobárica significa
– À medida que a gente aquece, o estado se move pra direita dentro do domo (mistura) de
– Passando do ponto de vapor saturado, a linha continua pra direita na região de vapor superaquecido, até atingir o volume específico final
Enquanto isso, a temperatura sobe de
no início até
no fim.
Passo 5
Desenha de fato (mesmo que esquemático) assim:
P ↑
| ·(crítico)·
| / \
P1 |––––––––––––––/ \–––––––––– (região superaquecida)
| / \
| / \
| / \
| / \
±-----------------------------------------------→
v₍f₎ v₍g₎
←(domínio de mistura)→
| ·(crítico)·
| / \
P1 |––––––––––––––/ \–––––––––– (região superaquecida)
| / \
| / \
| / \
| / \
±-----------------------------------------------→
v₍f₎ v₍g₎
←(domínio de mistura)→
– A linha horizontal em
começa em
(ponto 1), cruza o domo até
, e segue até o ponto 2 (superaquecido).
– Identifica:
• Eixo e eixo
.
• Curva esquerda = , direita =
.
• Setinha da trajetória 1→2.
• Ponto 1 (líquido saturado), ponto 2 (vapor superaquecido).
– Identifica:
• Eixo
• Curva esquerda =
• Setinha da trajetória 1→2.
• Ponto 1 (líquido saturado), ponto 2 (vapor superaquecido).
Resposta
O diagrama P-
do processo isobárico de líquido saturado até vapor superaquecido em
é uma linha horizontal em
que parte do ponto 1 sobre
, atravessa o domo de mistura até
e segue para a direita até o ponto 2 na região de superaquecimento. Eixos, curvas de saturação e setas de direção devem estar devidamente anotados conforme descrito acima.