Termodinamica
Buonasera, ho un paio di dubbi riguardo il seguente esercizio:
Una massa di 50 kg di acqua a 40 °C viene scaldata in una pentola ben chiusa posta su un fornello mentre viene frullata con un frullatore. Durante il processo il sistema riceve 15 kJ di calore dal fornello mentre perde 5 kJ nell’aria circostante. Il lavoro scambiato attraverso il frullatore ammonta a 500 Nm. Trovare la sua energia interna finale e stabilire lo stato di aggregazione dell'acqua alla fine del processo.
Io ho calcolato la variazione di energia interna tramite $ \DeltaU=Q-L $. Nelle soluzioni viene utilizzata come energia interna iniziale l'energia interna di acqua satura alla temperatura di 40 °C. Vorrei capire perché ho potuto considerare l'acqua dell'esercizio come satura. Inoltre, per lo stato di aggregazione dell'acqua, è stato confrontato il valore di energia interna finale con quello di acqua satura a 1 atmosfera. vorrei capire perché l'energia interna finale non è stata confrontata con quella di acqua satura alla temperatura finale del processo come è stato fatto all'inizio quanto ho considerato acqua satura a 40 °C.
Una massa di 50 kg di acqua a 40 °C viene scaldata in una pentola ben chiusa posta su un fornello mentre viene frullata con un frullatore. Durante il processo il sistema riceve 15 kJ di calore dal fornello mentre perde 5 kJ nell’aria circostante. Il lavoro scambiato attraverso il frullatore ammonta a 500 Nm. Trovare la sua energia interna finale e stabilire lo stato di aggregazione dell'acqua alla fine del processo.
Io ho calcolato la variazione di energia interna tramite $ \DeltaU=Q-L $. Nelle soluzioni viene utilizzata come energia interna iniziale l'energia interna di acqua satura alla temperatura di 40 °C. Vorrei capire perché ho potuto considerare l'acqua dell'esercizio come satura. Inoltre, per lo stato di aggregazione dell'acqua, è stato confrontato il valore di energia interna finale con quello di acqua satura a 1 atmosfera. vorrei capire perché l'energia interna finale non è stata confrontata con quella di acqua satura alla temperatura finale del processo come è stato fatto all'inizio quanto ho considerato acqua satura a 40 °C.
Risposte
Dentro una pentola chiusa, anche senza fornire calore, parte dell'acqua evapora spontaneamente finché la pressione parziale del vapore alla temperatura ambiente (40°C) non è pari alla pressione di saturazione a quella temperatura[nota]In realtà durante il fenomeno descritto viene assorbito un poco di calore in maniera isoterma dall'ambiente, assumendo che all'inizio l'aria nella pentola sia secca o comunque non già satura di vapore.[/nota], insomma è come se la pressione dell'aria non agisse per l'acqua che evapora, in quanto il fenomeno è regolato solo dalle molecole di acqua che passano da una frase all'altra.
Alla fine va considerato come punto estremo dell'acqua in fase liquida la pressione di saturazione a 100°C perché a quella temperatura corrisponde una pressione di saturazione pari alla pressione atmosferica e l'acqua in tale condizioni bolle e non può restare in fase liquida, qualunque energia interna maggiore di questa equivale, a pressione atmosferica, a vapore surriscaldato, quindi nessuna fase liquida.
EDIT Aggiungo che se la pentola oltre a ben chiusa fosse una pentola a pressione, a tenuta perfetta e senza valvola di sicurezza, questo ultimo discorso non sarebbe valido e occorrerebbe un ragionamento diverso. Lascio a te pensare quale.
Alla fine va considerato come punto estremo dell'acqua in fase liquida la pressione di saturazione a 100°C perché a quella temperatura corrisponde una pressione di saturazione pari alla pressione atmosferica e l'acqua in tale condizioni bolle e non può restare in fase liquida, qualunque energia interna maggiore di questa equivale, a pressione atmosferica, a vapore surriscaldato, quindi nessuna fase liquida.
EDIT Aggiungo che se la pentola oltre a ben chiusa fosse una pentola a pressione, a tenuta perfetta e senza valvola di sicurezza, questo ultimo discorso non sarebbe valido e occorrerebbe un ragionamento diverso. Lascio a te pensare quale.
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