Vinte gramas de vapor a
e 300 g de água líquida a
são colocados juntos dentro de um frasco isolado. A pressão é mantida em 1atm.
Se
e
.
a) Qual a temperatura final do sistema supondo completa condensação do vapor?
b) Qual é a pressão de vapor d’água no equilibrio térmico?
c) Após atingir o equilíbrio térmico é feita uma pressāo de 5 atm sobre o sistema. De quanto a pressão de vapor aumenta nesta nova condição?
d) Calcule
para: o sistema, a vizinhança e total.
Se
a) Qual a temperatura final do sistema supondo completa condensação do vapor?
b) Qual é a pressão de vapor d’água no equilibrio térmico?
c) Após atingir o equilíbrio térmico é feita uma pressāo de 5 atm sobre o sistema. De quanto a pressão de vapor aumenta nesta nova condição?
d) Calcule
Passo 1
O enunciado mistura
de vapor de água a
com
de água líquida a
num frasco isolado à pressão mantida em
atm. Para resolver precisamos de balanço de energia (primeira lei) supondo condensação completa do vapor, depois relacionar pressão de vapor ao pé de temperatura (Clausius–Clapeyron), e finalmente calcular entropias usando
.
Passo 2
Supondo o vapor todo condensar a
, o calor liberado e absorvido satisfaz
Substituindo
,
,
e massas, vem
Resolvendo dá
Passo 3
No equilíbrio térmico a pressão parcial de vapor de água é a pressão de saturação a
. Usando a equação de Clausius–Clapeyron aproximada
com
,
,
,
, obtém-se
Passo 4
A pressão de vapor de uma substância pura em equilíbrio depende quase só da temperatura; aumentar a pressão total (por gás inerte ou compressão) não muda significativamente
. Logo, mesmo a
atm de pressão total, a pressão parcial de vapor fica
Passo 5
Calcular
somando as etapas reversíveis:
- Resfriamento do vapor de
a °C:
- Condensação a
°C:
- Resfriamento do líquido condensado de
a :
- Aquecimento da água inicial de
a :
Somando
Como o frasco é isolado, não há troca de calor com o meio, então
e
Resposta
a)
b)
c) Permanece (independente da pressão total até níveis muito altos)
d)
b)
c) Permanece
d)