(Valor: 0,25) - Indique se temos líquido comprimido, líquido saturado, mistura, vapor saturado, vapor superaquecido:
Água a
Água a
Passo 1
O enunciado pede que se classifique o estado da água entre as opções: líquido comprimido, líquido saturado, mistura, vapor saturado ou vapor superaquecido.
Informações fornecidas pelo enunciado:
Informações fornecidas pelo enunciado:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
Passo 2
Ideia-chave (explicada de forma simples): para uma substância pura como a água, a linha de saturação relaciona pressão e temperatura de ebulição. Para uma dada pressão
existe uma temperatura de saturação
tal que:
- se
então a água está em estado líquido comprimido (ou sub-resfriado); - se
então a água está exatamente na condição de saturação (pode ser líquido saturado, vapor saturado ou mistura dependendo da qualidade ); - se
então, àquela pressão, a água está em vapor superaquecido (vapor com temperatura maior que a de saturação).
Portanto, para classificar o estado basta comparar a temperatura dada
com a temperatura de saturação correspondente à pressão
.
Passo 3
Como encontrar
? Uma maneira prática quando não se tem a tabela na mão é usar a forma aproximada da equação de Clausius–Clapeyron, que relaciona variações de pressão e temperatura de saturação. A expressão linearizada que vamos usar é
onde:
-
é a pressão desejada (em Pa); -
é uma pressão de referência para a qual se conhece (usaremos e , ou seja, ); -
é o calor latente de vaporização (aproximamos por ); -
é a constante específica do vapor d’água ( ); - as temperaturas
e estão em kelvin.
Observação: essa é uma aproximação razoável para pequenas variações em torno de
e é suficiente para decidir a classe do estado.
Passo 4
Agora aplicamos a fórmula passo a passo. Converter pressões para pascal e temperatura de referência:
Calcular o logaritmo:
Calcular a razão
:
Isolando
na equação:
Substituindo os números:
Logo
Converter para Celsius:
Passo 5
Comparação final (sem jargão técnico extra): a temperatura dada é
e a temperatura de saturação à pressão
é aproximadamente
. Como
a água está a uma temperatura acima da temperatura de saturação correspondente àquela pressão. Pelo critério explicado no Passo 2, isso significa que a água encontra-se em estado de vapor superaquecido (vapor cuja temperatura é maior que a de saturação à mesma pressão).
Resposta
Vapor superaquecido