Determine a fase da seguinte substância e a informação pedida: Nitrogênio: 110 K, v=0.010 m^3 / kg, u= ?

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que o enunciado está pedindo. Queremos descobrir em qual fase (sólido, líquido ou gasoso) o nitrogênio está às 110 K, com um volume específico de 0.010 m³/kg, e também determinar a energia interna dessa substância. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente propriedades de substâncias puras e tabelas de propriedades do nitrogênio.

Passo 2

Vamos começar verificando a temperatura fornecida: 110 K. Precisamos comparar essa temperatura com a temperatura de ebulição do nitrogênio para determinar em qual fase ele está.

Passo 3

A temperatura de ebulição normal do nitrogênio é aproximadamente 77 K. Isso significa que, a 77 K, o nitrogênio muda de estado líquido para gasoso. Como nossa temperatura de 110 K é maior que 77 K, o nitrogênio estará na fase gasosa.

Passo 4

Agora que sabemos que o nitrogênio está na fase gasosa, vamos determinar a energia interna u = 32 R T . Para gases ideais, a energia interna depende apenas da temperatura e pode ser calculada usando a fórmula:
onde é a constante específica do gás e é a temperatura.

Passo 5

Primeiro, precisamos encontrar o valor de para o nitrogênio. A constante específica para o nitrogênio é aproximadamente 0.2968 kJ/(kg·K).

Passo 6

Agora, substituímos os valores na fórmula da energia interna:
u = 32 times 0.2968 , kJ/(kg·K) times 110 , K

Passo 7

Fazendo as contas:
u = 1.5 times 0.2968 times 110 = 1.5 times 32.648 = 48.972 , kJ/kg
Arredondando, temos aproximadamente 49.0 kJ/kg.

Resposta

O nitrogênio está na fase gasosa a 110 K e a energia interna é aproximadamente 49.0 kJ/kg.

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