Gráficos P - v - T para substância pura
Teoria
Diagramas de fase
Quando esquentamos água na panela, sabemos que ela começará a ferver ao atingir . Temos esse conhecimento, porque ele faz parte da nossa experiência diária. Mas como podemos conhecer o comportamento da água em situações incomuns, onde as pressões são diferentes da atmosférica e as transformações de fase são diferentes da ebulição?
Para esses casos menos frequentes, precisamos da ajuda de gráficos que mostram como as propriedades das substâncias variam ao mudar de fase. Esses gráficos são conhecidos como diagramas de fase. Eles têm a forma abaixo. Mas ao invés de só mostrar todos esses diagramas prontinhos, mostraremos o passo a passo de como eles são desenhados.
Os gráficos acima representam o comportamento de todas as substâncias simples compressíveis.
Temperatura e pressão de saturação
Ou seja, nós vamos acompanhar os valores de temperatura e volume específico da água pura, conforme ela for esquentando à pressão constante. Então vamos começar pelo caso que já conhecemos: aquecimento de água pura à pressão atmosférica. Agora imagine ela sendo aquecida com temperatura inicial de em um conjunto cilindro-pistão.
Depois de um tempo desde o início da transferência de calor, a temperatura da água líquida atinge . Mesmo com uma grande variação de temperatura, o volume específico quase não cresce e a pressão é mantida constante pelos pesos.
Deste momento em diante, todo calor adicional é usado pela água para transformar sua fase líquida em vapor. Chamamos essa temperatura que faz a substância passar de uma fase para outra de temperatura de saturação. Ou seja, a temperatura de saturação da água à pressão atmosférica vale .
Sendo a temperatura de saturação e a pressão atmosférica.
Isto é, sabendo o valor da pressão do líquido, podemos determinar qual temperatura ele precisa ter para começar a gerar vapor. Mas e quando conhecemos apenas a temperatura do líquido? Como podemos saber se ele está apto a virar vapor? Descobrindo sua pressão de saturação! A pressão de saturação da água a vale (ou ).
Em outras palavras, a pressão de saturação é a pressão que faz a substância mudar de fase.
Também podemos chamar a temperatura de saturação de temperatura de ebulição e a pressão de saturação de pressão de ebulição.
Líquido comprimido e líquido saturado
Antes do líquido atingir a temperatura de saturação, ele é chamado de líquido comprimido ou líquido subresfriado.
Assim que o líquido alcançou a temperatura de saturação, mas ainda não começou a vaporizar, ele é chamado de líquido saturado. Nesse estado, a substância possui o título igual a zero, porque ainda não foi produzido vapor.
onde é o título do líquido saturado.
Ou seja, a água líquida a à pressão atmosférica tem título nulo .
Vapor saturado e vapor superaquecido
Se continuarmos a dar calor para a água líquida saturada, ela usa totalmente essa energia para mudar de fase. Isso quer dizer que a temperatura da água permanece constante em durante sua vaporização.
Depois que a última gota de líquido vaporizou, resta somente vapor d’água a no cilindro. Esse vapor à temperatura de saturação é chamado de vapor saturado. Seu título é igual a um, porque a massa total é igual à massa de vapor.
onde é o título do vapor saturado.
O calor necessário para fazer o líquido se converter totalmente em vapor é chamado de calor latente de vaporização. Após o fim da conversão de líquido em vapor, o aquecimento passa a gerar um aumento na temperatura da substância. Quando o vapor está a uma temperatura maior que a temperatura de saturação, ele é chamado de vapor superaquecido.
Linhas de líquido saturado e de vapor saturado
Se repetirmos esse processo de aquecimento da água para pressões cada vez maiores, vamos notar que as curvas desses processos têm formas muito parecidas. Apesar disso, conseguimos perceber algumas diferenças entre elas:
- Quanto maior a pressão, menor a diferença entre os volumes específicos do líquido saturado e do vapor saturado. Essa tendência permanece até um momento, em que o líquido saturado e o vapor saturado possuem o mesmo valor de volume específico.
- Quanto maior a pressão, maior a temperatura de saturação.
A soma dos pontos que representam líquidos saturados, geram uma linha de líquido saturado nos gráficos de temperatura versus volume específico (-) e de pressão versus volume específico (-). Analogamente, a soma dos pontos que representam vapores saturados, geram uma linha de vapor saturado nesses mesmos diagramas.
Essas linhas são muito importantes, porque delimitam a região bifásica ou região de saturação da substância. Os pontos à esquerda desse território são líquidos comprimidos e os pontos à direita são vapores superaquecidos.
Curva de pressão de vapor ou linha de vaporização
A pressão de saturação e a temperatura de saturação formam um único ponto no gráfico de pressão versus temperatura (-). O conjunto desses pontos forma a curva de pressão de vapor da substância. Ela também é chamada de linha de vaporização, porque ela divide a fase líquida do vapor. Ou seja, a substância só consegue atravessar a linha, caso vaporize.
Essa curva é importante, porque mostra que para uma determinada pressão existe uma única temperatura de saturação. O oposto também é verdadeiro: para uma determinada temperatura, existe uma única pressão de saturação. Ou seja, a pressão e a temperatura são dependentes na região de saturação. Nesse local, se variarmos a pressão, a temperatura varia.
Ponto crítico
Se esquentarmos água líquida à pressão constante de até ela virar vapor superaquecido, verificamos que a curva produzida no gráfico - não possui um processo de vaporização à temperatura constante. Ela tem apenas um ponto de inflexão chamado de ponto crítico. Antes dele existe apenas líquido e depois dele existe apenas vapor.
Chamamos a temperatura, a pressão e o volume específico do ponto crítico de temperatura crítica , pressão crítica e volume específico crítico . Processos de aquecimento isobáricos à pressões maiores ou iguais a , nunca terão duas fases coexistindo. Ou a substância é líquido ou ela é vapor.
Por praticidade, quando uma substância tem temperatura superior a e sua pressão é igual ou superior a , falamos que ela é vapor superaquecido. Quando sua temperatura é menor que e a sua pressão é igual ou superior a , falamos que ela é líquido comprimido.
Linha de fusão, linha de sublimação e ponto triplo
Apesar de termos passado todo esse tempo, estudando a transformação da fase líquida para o vapor, existem outras duas mudanças de fase muito importantes: a fusão e a sublimação.
A fusão é a mudança de fase do sólido para o líquido. Um bom exemplo desse processo é o derretimento de gelo. A sublimação é a mudança direta de fase do sólido para o vapor.
Assim como construímos a linha de vaporização, marcando as temperaturas e as pressões de vaporização da substância, podemos criar as linhas de fusão e de sublimação, marcando suas temperaturas e pressões de fusão e sublimação. Pra isso, imaginamos o processo isobárico de aquecimento do gelo em várias pressões e identificamos os pontos onde ele muda de fase.
Vemos pelo diagrama -, que as três linhas de transformação de fase se encontram em um único ponto. Ele é chamado de ponto triplo e é o único estado em que o líquido, o vapor e o gelo coexistem em equilíbrio. O ponto triplo da água é alcançado, quando ela está a e a .
Sólido saturado e sólido comprimido
Agora imagine que estamos esquentando gelo a à pressão atmosférica. Nessas condições a água sólida só começa a virar líquido a . Antes de atingir essa temperatura de fusão, o sólido é chamado de sólido comprimido. Quando o sólido alcança essa temperatura, ele é chamado de sólido saturado. Essa classificação é igual para processos de sublimação.
Líquido comprimido e líquido saturado
Vapor saturado e vapor superaquecido
Linhas de líquido saturado e de vapor saturado
Curva de pressão de vapor ou linha de vaporização
Ponto crítico
Linha de fusão, linha de sublimação e ponto triplo
Sólido saturado e sólido comprimido
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015, pp. 151-3.2C
Qual é a diferença entre vapor saturado e vapor superaquecido?
Passo 1
O enunciado quer saber a diferença entre dois tipos de vapor: um saturado e outro superaquecido. Para responder essa questão precisamos responder duas perguntas:
- O que é saturação?
- O que é superaquecimento?
Vamos responder cada uma dessas perguntas em um passo diferente!
Depois de cumprir essas etapas, entenderemos com mais facilidade o que são esses tipos de vapor e conseguiremos finalizar o exercício!
Passo 2
Saturação é um estado em que a substância tem a temperatura e a pressão necessárias para mudar de fase. Por exemplo: na pressão atmosférica , a água muda de fase (do líquido para o vapor) a . Ou seja, quando o líquido e o vapor de água estão submetidos a de pressão e estão a , eles são chamados de saturados!
Ou seja, um vapor saturado é um vapor com a temperatura necessária para a substância mudar de fase a uma certa pressão. Da mesma forma, um líquido saturado é um líquido com a temperatura necessária para a substância mudar de fase a uma certa pressão.
A união de todos os pontos de saturação forma uma região de saturação nos gráficos.
Passo 3
Superaquecimento é um estado que a substância atinge, quando é esquentada após ter virado totalmente vapor. Por exemplo: na pressão atmosférica , qualquer vapor que estiver acima de é considerado vapor superaquecido. Ele já mudou totalmente de fase. Qualquer calor adicional que ele receber vai aumentar sua temperatura!
Esse estado também pode ser alcançado, diminuindo a pressão do vapor saturado, mantendo sua temperatura constante.
Em outras, palavras, o vapor superaquecido é um vapor mais quente do que o vapor saturado à mesma pressão. Ele também pode ser entendido como um vapor com uma pressão menor do que a pressão de saturação.
A união de todos os pontos de superaquecimento forma uma região de vapor superaquecido nos gráficos.
Resposta
O vapor saturado é um vapor com a temperatura necessária para a substância mudar de fase a uma certa pressão. O vapor superaquecido é um vapor mais quente do que o vapor saturado à mesma pressão. Ele também pode ser entendido como um vapor com uma pressão menor do que a pressão de saturação.
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
O que é o grau de superaquecimento e o grau de subresfriamento?
Passo 1
O enunciado quer saber a diferença entre dois tipos de vapor: um saturado e outro superaquecido. Precisamos responder a resposta em cinco perguntas:
- O que é saturação?
- O que é superaquecimento?
- O que é subresfriamento?
- O que é grau de superaquecimento?
- O que é grau de subresfriamento?
Vamos responder cada uma dessas perguntas em um passo diferente!
Cumprindo essas etapas, entenderemos com mais facilidade o que são as duas expressões que o problema pede para a gente explicar!
Passo 2
Saturação é um estado em que a substância tem a temperatura e a pressão necessárias para mudar de fase. Por exemplo: na pressão atmosférica , a água muda de fase (do líquido para o vapor) a . Ou seja, quando o líquido e o vapor de água estão submetidos a de pressão e estão a , eles são chamados de saturados!
Ou seja, um vapor saturado é um vapor com a temperatura necessária para a substância mudar de fase a uma certa pressão. Da mesma forma, um líquido saturado é um líquido com a temperatura igual à temperatura de mudança de fase a uma certa pressão.
A união de todos os pontos de saturação forma uma região de saturação nos gráficos.
Passo 3
O superaquecimento é um estado que a substância antige, quando é esquentada após ter virado totalmente vapor. Por exemplo: na pressão atmosférica , qualquer vapor que estiver acima de é considerado vapor superaquecido. Ele já mudou totalmente de fase. Qualquer calor adicional que ele receber vai aumentar sua temperatura!
Esse estado também pode ser alcançado, diminuindo a pressão do vapor saturado, mantendo sua temperatura constante.
Em outras, palavras, o vapor superaquecido é um vapor mais quente do que o vapor saturado à mesma pressão. Ele também pode ser entendido como um vapor com uma pressão menor do que a pressão de saturação.
A união de todos os pontos de superaquecimento forma uma região de vapor superaquecido nos gráficos.
Passo 4
O subresfriamento é um estado que a substância antige, quando é resfriada após ter virado totalmente líquido. Por exemplo: na pressão atmosférica , qualquer líquido que estiver abaixo de é considerado líquido subresfriado. Ele já mudou totalmente de fase. Qualquer calor que ele perca para o ambiente vai diminuir sua temperatura!
Esse estado também pode ser alcançado, aumentando a pressão do líquido saturado, mantendo sua temperatura constante.
Em outras, palavras, o líquido subresfriado ou líquido comprimido é um líquido mais frio do que o líquido saturado à mesma pressão. Ele também pode ser entendido como um líquido com uma pressão maior do que a pressão de saturação.
A união de todos os pontos de subresfriamento forma uma região de líquido subresfriado nos gráficos.
Passo 5
Agora podemos responder o que é grau de superaquecimento!
Ele é a diferença entre a temperatura do vapor superaquecido e a temperatura do vapor saturado à mesma pressão.
onde:
- é o grau de superaquecimento do vapor. Ele é medido em kelvin ou grau Celsius em unidade do Sistema Internaional (S.I.);
- é a temperatura do vapor superaquecido. Ela tem as mesmas unidades no S.I.;
- é a temperatura de saturação. Ela tem as mesmas unidades no S.I.
- é o grau de subresfriamento do líquido. Ele é medido em kelvin ou grau Celsius em unidade do Sistema Internaional (S.I.);
- é a temperatura do líquido subresfriado. Ela tem as mesmas unidades no S.I.;
- é a temperatura de saturação. Ela tem as mesmas unidades no S.I.
Por exemplo: imagine um vapor d’água a à pressão atmosférica. Sua temperatura de saturação (temperatura de mudança de fase) nesta pressão vale:
Ou seja, o vapor está mais quente que a sua temperatura de saturação! Por isso ele é um vapor superaquecido. Logo:
Substituindo esses dois valores na fórmula de grau de superaquecimento :
Traduzindo o resultado: o vapor superaquecido do exemplo tem um grau de superaquecimento de .
No gráfico - o grau de superaquecimento é retratado da seguinte forma:
Passo 6
O último passo é responder o que é grau de subresfriamento!
Ele é a diferença entre a temperatura do líquido subresfriado e a temperatura do líquido saturado à mesma pressão.
onde:
Por exemplo: imagine água líquida comprimida a à pressão atmosférica. Sua temperatura de saturação (temperatura de mudança de fase) nesta pressão vale:
Ou seja, o líquido está mais frio que a sua temperatura de saturação! Por isso ele é um líquido subresfriado. Logo:
Substituindo esses dois valores na fórmula de grau de subresfriamento :
Traduzindo o resultado: o líquido subresfriado do exemplo tem um grau de subresfriamento de .
No gráfico - o grau de subresfriamento é retratado da seguinte forma:
Resposta
O grau de superaquecimento é a diferença entre a temperatura do vapor superaquecido e a temperatura do vapor saturado à mesma pressão. O grau de subresfriamento é a diferença entre a temperatura do líquido subresfriado e a temperatura do líquido saturado à mesma pressão.
Exercício Resolvido #3
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015, pp. 151-3.5C
É verdade que a água ferve a temperaturas mais altas a pressões mais altas? Explique.
Passo 1
A pergunta do enunciado deve ser entendida da seguinte forma para conseguirmos respondê-la: a temperatura de saturação da água aumenta, quando aumentamos a sua pressão? Em outras palavras: a temperatura de vaporização é diretamente proporcional à pressão?
Para responder essa pergunta, precisamos recorrer ao gráfico de pressão versus temperatura para a água. Por isso, esse gráfico será mostrado na próxima etapa.
Passo 2
Essa curva do gráfico é formada por todos os estados, nos quais a água vaporiza.
Vemos através dele, que em uma determinada pressão, existe apenas uma temperatura capaz de fazer a água passar de líquido para vapor! Ela é a temperatura de saturação.
Também podemos notar que quanto maior a pressão, maior a temperatura de saturação!
Isso quer dizer que a temperatura de saturação é diretamente proporcional à pressão da água!
Passo 3
Traduzindo a análise que fizemos, a água ferve a temperatura mais altas a pressões mais altas. Esse fato é verdadeiro para todas as substâncias simples compressíveis! Não apenas para a água pura! Ou seja, a resposta para a pergunta da questão é: sim!
Resposta
Sim. A água ferve a temperatura mais altas a pressões mais altas, porque sua temperatura de saturação é diretamente proporcional à pressão da água.
Exercício Resolvido #4
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Termodinâmica, 5ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2004, pp. 125-3.8C
Por que a temperatura e a pressão são propriedades dependentes na região de mistura saturada?
Passo 1
Para entender o enunciado, temos que entender primeiro o que é uma mistura saturada. Depois disso, temos que entender o que significa uma propriedade ser dependente de outra. Só a partir daí que conseguiremos responder o que a questão pede, com o auxílio de um gráfico de temperatura versus pressão. Por isso, vamos colocar cada uma dessas duas etapas em um passo separado da resolução.
Passo 2
O que é a região de mistura saturada? Que mistura é essa?
A mistura saturada é a mistura entre as fases vapor e líquido de uma substância. Ela está saturada, quando a temperatura dela é igual a temperatura de vaporização da substância a uma determinada pressão.
Na figura acima, vemos que a mistura saturada de água líquida e vapor precisa estar a para estar em condições de mudar de fase na pressão atmosférica . Falando de outra forma, uma mistura saturada é uma mistura que está mudando de fase.
Por causa disso, podemos refazer a pergunta do enunciado: qual o motivo da temperatura e da pressão serem dependentes entre si, quando uma substância está mudando de fase?
Passo 3
Mas antes de responder essa questão, precisamos saber o que significa uma propriedade ser dependente da outra.
A dependência entre essas duas propriedades significa que para um valor de pressão, existe uma única temperatura que faz a substância vaporizar. O contrário também tem que ser verdade: para um valor de temperatura, existe um único valor de pressão que faz a substância vaporizar.
Em outras palavras, para uma temperatura de saturação, só pode haver uma pressão de saturação. Podemos verificar essa dependência, vendo o gráfico - da água. As conclusões que tirarmos pra ele, vão servir para todas as substâncias simples compressíveis!
Vemos por esse diagrama que existe apenas um valor de pressão de saturação para um valor de temperatura de saturação. Ou seja, o gráfico prova essa dependência!
Resposta
A dependência entre essas duas propriedades significa que, para um valor de pressão, existe uma única temperatura que faz a substância vaporizar. O contrário também tem que ser verdade: para um valor de temperatura, existe um único valor de pressão que faz a substância vaporizar. Isso é comprovado através do gráfico -.
Exercício Resolvido #5
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015, pp. 151-3.6C
Qual é a diferença entre o ponto crítico e o ponto triplo?
Passo 1
O enunciado quer saber a diferença entre dois pontos: o crítico e o triplo. Para responder essa questão precisamos responder duas perguntas:
- O que é o ponto crítico?
- O que é o ponto triplo?
Vamos responder cada uma dessas perguntas em um passo diferente!
Depois de cumprir essas etapas, entenderemos com mais facilidade a diferença entre os dois!
Passo 2
Quanto maior a pressão, menor a diferença entre os volumes específicos do líquido saturado e do vapor saturado. Essa tendência permanece até um momento, em que o líquido saturado e o vapor saturado possuem o mesmo valor de volume específico.
Se esquentarmos água líquida à pressão constante de até ela virar vapor superaquecido, verificamos que a curva produzida no gráfico - não possui um processo de vaporização à temperatura constante. Ela tem apenas um ponto de inflexão chamado de ponto crítico. Antes dele existe apenas líquido e depois dele existe apenas vapor.
Chamamos a pressão do ponto crítico de pressão crítica . Processos de aquecimento isobáricos à pressões maiores ou iguais a , nunca terão duas fases coexistindo. Ou a substância é líquido ou ela é vapor.
Ou seja, o ponto crítico é um estado limite, onde a mudança de fase isobárica ocorre sem que o vapor e o líquido coexistam durante a vaporização. Ele é um limite, porque para pressões acima da pressão crítica, esse fato sempre acontece!
Passo 3
Vemos pelo diagrama -, que as três linhas de transformação de fase se encontram em um único ponto. São elas: a linha de vaporização, a linha de fusão e a linha de sublimação. E esse ponto é chamado de ponto triplo. Ele é o único estado em que o líquido, o vapor e o gelo coexistem em equilíbrio. O ponto triplo da água é alcançado, quando ela está a e a .
Agora sabemos que esses dois pontos representam estados totalmente diferentes! No ponto crítico, o estado de vapor saturado e o estado de líquido saturado são idênticos. Ou seja, os dois não coexistem. No ponto triplo, as três fases de uma substância pura são capazes de coexistir!
Resposta
No ponto crítico, o estado de vapor saturado e o estado de líquido saturado são idênticos. Ou seja, essas duas fases não coexistem. No ponto triplo, as três fases de uma substância pura são capazes de coexistir.
Exercício Resolvido #6
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015, pp. 151-3.7C
É possível ter vapor d’água a ?
Passo 1
Cuidado! Essa questão é uma pegadinha! Sempre associamos a existência do vapor d’água a temperaturas muito quentes. Fazemos isso, porque no nosso dia a dia a água está submetida à pressão atmosférica. Ou seja, ela só vira vapor para temperaturas maiores ou iguais a 100 °C.
Essa temperatura é muito quente para o nosso corpo. Podemos nos ferir gravemente ao entrar em contato com esse vapor!
Só conseguimos resolver esse exercício, superando essa ligação que fazemos entre o vapor e temperaturas elevadas. Se fossemos responder por impulso, usando apenas nosso senso comum, diríamos que é impossível existir vapor numa temperatura tão baixa.
Mas isso é uma mentira. Entenderemos esse erro olhando para a curva de pressão de vapor da água. Isso será feito no próximo passo.
Passo 2
Nesse diagrama de pressão versus temperatura, vemos que quanto menor a pressão, menoe a temperatura necessária para a água vaporizar.
Isso significa que para a água estar na fase vapor na baixíssima temperatura de , basta que ela esteja em uma pressão igualmente baixíssima.
Respondendo a pergunta do enunciado: sim! Existe vapor d’água a . Basta para isso que a água esteja a pressões baixíssimas.
Resposta
Sim. Existe vapor d’água a . Basta para isso que a água esteja a pressões baixíssimas.
Exercício Resolvido #7
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2015, pp. 151-3.8C
Uma pessoa cozinha carne a vapor em uma panela que está (a) destampada, (b) coberta com uma tampa leve e (c) coberta com uma tampa pesada. Em qual caso o tempo de cozimento será menor? Por quê?
Passo 1
O enunciado pede que a gente escolha a opção de tampa que cause um cozimento mais rápido. Mas que fator provoca o aumento na velocidade de cozimento?
Os alimentos cozinham mais rápido, quando a água presente neles vaporiza a uma temperatura maior. Quanto maior a temperatura de vaporização, maior a temperatura que estará dentro da panela! Isso diminui o tempo para cozinhar o alimento!
Sabemos também que a temperatura de vaporização aumenta com a pressão.
Então para descobrirmos qual tampa esquenta a carne mais rápido, precisamos saber qual tampa pressuriza mais a panela! Analisaremos isso no próximo passo!
Passo 2
A panela destampada fica exposta apenas à pressão atmosférica.
Passo 3
Já a panela com tampa leve, além de sofrer a ação da pressão atmosférica, suporta peso da tampa. Ou seja, a pressão interna da panela para o caso (b) é maior do que a pressão interna da panela para o caso (a).
Passo 4
Por fim, comparamos a panela de tampa leve com a panela de tampa pesada. A tampa com massa maior impõe uma pressão maior ao interior da panela. Isso pode ser visto aplicando a segunda lei de Newton à tampa.
onde:
- é a pressão no interior da panela;
- é a área da tampa;
- é a massa da tampa;
- é a aceleração da gravidade;
- é a pressão atmosférica.
Rearranjando a fórmula para deixar a pressão sozinha no lado esquerdo da equação, temos:
Ou seja, a pressão dentro da panela é proporcional à massa da tampa. Quanto maior seu valor, maior a pressão na panela, maior a temperatura de vaporização e menor o tempo de cozimento da carne.
Como:
Logo:
E por causa disso:
onde é o tempo de cozimento da carne. Ou seja, o tempo de cozimento da opção (c) é o menor de todos.
Resposta
O tempo de cozimento da opção (c) é o menor de todos, porque a massa maior da tampa da panela faz com que sua pressão interna seja maior. Isso obriga a água a vaporizar a uma temperatura maior. Ou seja, a carne fica em contato com a água à temperatura mais quente e leva menos tempo para cozinhar.
Exercício Resolvido #8
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Termodinâmica, 5ª ed. New York: McGraw-Hill Education, 2004, pp. 125-3.12C
Em que o processo de ebulição a pressões supercríticas difere do processo de ebulição a pressões subcríticas?
Passo 1
A pergunta do enunciado deve ser respondida após uma outra pergunta: o que é uma pressão crítica?
Isso é fundamental, porque o processo de ebulição a pressões supercríticas é um processo de vaporização à pressão superior à pressão crítica. Já o processo a pressões subcríticas é um processo de vaporização à pressão inferior à pressão crítica.
Ou seja, ambos os processos são diferentes, porque ocorrem a pressões menores ou maiores a essa pressão crítica.
Responderemos essa pergunta, com a ajuda do gráfico -. Depois ficará mais fácil de resolver a questão.
Passo 2
Chamamos a pressão do ponto crítico de pressão crítica . Mas o que é esse ponto crítico? Podemos descobrir isso, vendo o gráfico deaquecimento da água líquida à pressão constante de até ela virar vapor superaquecido.
Verificamos que a curva produzida no gráfico - não possui um processo de vaporização à temperatura constante. Ela tem apenas um ponto de inflexão chamado de ponto crítico. Antes dele existe apenas líquido e depois dele existe apenas vapor. Processos de aquecimento isobáricos à pressões maiores ou iguais a , nunca terão duas fases coexistindo. Ou a substância é líquido ou ela é vapor! Isso já é o suficiente para resolver a questão!
Passo 3
O ponto crítico é um estado limite, onde a mudança de fase isobárica ocorre sem que o vapor e o líquido coexistam durante a vaporização. Ele é um limite, porque para pressões acima da pressão crítica, esse fato sempre acontece!
Em outras palavras: para pressões supercríticas o vapor e o líquido não coexistem durante a ebulição. Já para pressões subcríticas, eles conseguem coexistir em equilíbrio, enquanto estão nesse processo de mudança de fase.
Resposta
Para pressões supercríticas o vapor e o líquido não coexistem durante a ebulição. Já para pressões subcríticas, eles conseguem coexistir em equilíbrio, enquanto estão nesse processo de mudança de fase.