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ESTUDOS DOS GASESESTUDOS DOS GASES⇒ O QUE É UM GÁS???

* Um dos estados físicos da matéria, com mais energia.

* Não possui forma nem volume definido.

* Apresenta uma estrutura desorganizada.

* É considerado um fluido por suas propriedades de compressibilidade e expansibilidade.

Profº PinhoProfº PinhoProfº Pinho

GÁS IDEAL OU PERFEITOMODELO DO GÁS IDEALI – O gás é constituído de um número muito elevado de moléculas que tem dimensões desprezíveis quando comparado com o espaço vazio entre elas.

II – As moléculas de um gás estão sempre em constante movimento em todas as direções.III – As moléculas do gás se chocam entre si e com as paredes do recipiente que as contêm. As forças de interação entre as elas são de curto alcance, ocorrendo somente durante as colisões.

IV – Os choques que ocorrem entre as próprias moléculas e entre as elas e as paredes que contém o gás são perfeitamente elásticas e de duração desprezível.

V - As moléculas são consideradas como pequenas esferas em sua forma, pois se pretende analisar somente o movimento de translação e a energia associada a ele, desprezando-se os movimentos de rotação e as energias a este associada.


Um gás ideal independente da pressão e da temperatura, na qual está submetido, não sofre

mudança de fase, permanecendo sempre na fase gasosa.

Um gás ideal independente da pressão e da temperatura, na qual está submetido, não sofre

mudança de fase, permanecendo sempresempre na fase gasosa.

Um gás real, em determinadas condições de temperatura e pressão pode ter seu comportamento aproximado de um gás ideal. Para altas temperaturasaltas temperaturas e baixas pressõesbaixas pressões o gás real se comporta aproximadamente de um gás ideal.

OBSERVAÇÃO!


TEORIA CINÉTICA DOS GASESTEORIA CINÉTICA DOS GASES

⇒ Variáveis de Estado•Temperatura (T)

-sempre em Kelvin (TK = Tc+273)

•Volume (V)

- em litros ou m3

•Pressão (p)

- em atmosferas ou pascalProfº PinhoProfº PinhoProfº Pinho

PRESSÃO (p)

FpA

=r p = pressão

F = força

A = área

⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩

⇒

Força

Área


EQUAÇÃO DE CLAPEYRONEQUAÇÃO DE CLAPEYRONRelaciona as variáveis de um mesmo estadoestado do gás

p.V nT

αp = pressão

V = volume

T = temperatura

n = nº de mols

⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩

⇒

p.V n.RT

= p.V n.R.T=

Onde: R ⇒ constante Universal dos Gases

R = 0,082 atm.L/mol.K


Transformações GasosasTransformações Gasosas

ESTADO 1ESTADO 1 ESTADO 2ESTADO 2

p1, V1, T1, n1 p2, V2, T2, n2

1 1 1 1p .V n .R.T= 2 2 2 2p .V n .R.T=


quando nquando n11= n= n22

1 11

1

p .V n .RT

=

ESTADO 1ESTADO 1 ESTADO 2ESTADO 2

2 22

2

p .V n .RT

=

1 1 2 2

1 2

p .V p .VT T

=

Equação Geral dos Gases PerfeitosEquação Geral dos Gases PerfeitosProfº PinhoProfº PinhoProfº Pinho

Transformações ParticularesTransformações Particulares

II-- Transformação IsotérmicaTransformação Isotérmica(temperatura permanece constante)

1 1 2 2

1 2

p .V p .VT T

= =

1 1 2 2p .V p .V=


pVβ

=Hipérbole (isoterma)

T1

T2

T3

1 1 2 2 3 3p .V p .V p .V= =

1 2 3T T T= =


T1

1 2 3p .V p .V p .V

1 2 3T T T< <

T2

T3

V

< <


IIII-- Transformação IsobáricaTransformação Isobárica(pressão permanece constante)

1 1 2 2

1 2

p .V p .VT T

=

1 2

1 2

V VT T

=


V .T= β

31 2

1 2 3

VV VT T T

= =

1 2 3

1 1 1p p p

= =


IIIIII-- Transformação Isocórica, isométrica,Transformação Isocórica, isométrica,

isovolumétricaisovolumétrica(volume permanece constante)

1 1 2 2

1 2

p .V p .VT T

=

1 2

1 2

p pT T

=


p .T= β

31 2

1 2 3

pp pT T T

= =

1 2 3

1 1 1V V V

= =p2

p1

T(K)

p


TERMODINÂMICATERMODINÂMICA


Trabalho associado a um gTrabalho associado a um gááss

F dτrr

= ⋅

.p Vτ ∆=pressão constante


∆V (+) ⇒ τ (+) ⇒ o gás realizou trabalho sobre a vizinhança – o gás sofreu uma expansão

τ (+) ⇒ o gás perde energia para a vizinhança

∆V (-) ⇒ τ (-) ⇒ o gás recebeu trabalho da vizinhança – o gás sofreu uma contração

τ (-) ⇒ o gás ganha energia da vizinhança

∆V = 0 ⇒ τ = 0 ⇒ o gás não recebeu e nem realizou trabalho – volume constante


τ = 0 ⇒ o gás não perde e não ganha energia na forma de trabalho

Trabalho com pressão variável

Área = Trabalho

Pre

ssão

(N/m

2 )

Volume (m3)

NÁrea Trabalho=


SISTEMA TERMODINÂMICO

Vizinhança

U1 U2

∆U

I

II

III

IV

( )Q +

( )τ −

( )Q −

( )τ +

U Q τ∆ = −1ª LEI DA TERMODINÂMICA1ª LEI DA TERMODINÂMICA


∆T (+) (aquecimento) ∆U (+) (a energia interna aumenta)

∆T (-) (resfriamento) ∆U (-) (a energia interna diminui)

∆T = 0 (temperatura não varia) ∆U = 0 (a energia interna não varia)


APLICAÇÃO DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA APLICAÇÃO DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA

NAS TRANSFORMAÇÕES GASOSASNAS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS

TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

1 2 1 2T T U U= ⇒ =

0U∆ =


Q τ=Q(+) ganha energia

expansao isotérmica ( V(+)) (+) gasta energia

Q(-) cede energia compressao isotérmica ( V(-))

(-) ganha energia

τ

τ

∆

∆

%

%

⇒⎧ ⎧

⎨⎪⎪ ⎩⎨

⎧⎨⎩

⇒⎪⎪⎩

TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA

.U Q

U Q p Vτ∆

∆ ∆= −

= −

Numa transformação isobárica a quantidade de calor trocado com a vizinhança

é maior que o trabalho associado a transformação.

con

exp

tra

ansao

çao

isobári

isobári

ca ( V(+)) U(+

ca ( V(-))

)Q(+) ganha en

∆U(-ergia > (+) gasta ener

) Q(-) cede energia > (-) ganha energi

gia

a

τ

τ∆

∆ ∆

%

%

⇒

⇒


TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA

1 2 0V V V∆= ⇒ =

U Q∆ =

∆p(+) ∆U(+) Q(+) ganha energia p(-) ∆U(-) Q(-) cede energia∆

⇒ ⇔⇒ ⇔

⎧⎨⎩


TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA

0Q =

U τ∆ = −(+) gasta energia

expansao isotérmica ( V(+)) U(-) perde energia

(-) ganha energiacompressao isotérmica ( V(-))

U(+) ganha energia

τ

τ

∆∆

∆∆

%

%

⎧⎨⎩

⇒

⇒⎧⎨⎩


TRANSFORMAÇÃO CÍCLICA

inicial final inicial finalT T U U= ⇒ =

0U∆ =

Q τ=

P(Pa

)

P(Pa

)

V(m )3 V(m )3

τ (+) = Área τ (−) = Área


2ª LEI DA TERMODINÂMICA2ª LEI DA TERMODINÂMICA

TRABALHO TRABALHO ⇔⇔ CALORCALOR

Fonte quente Fonte friaMáquinatérmicaT1 T2

Q1 Q2

τ


MÁQUINA TÉRMICA QUENTE


τ

Q1 Q2

“Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, transforme integralmente todo calor

fornecido em trabalho.”

CALOR CALOR ⇒⇒ TRABALHOTRABALHO

“Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, tenha um rendimento de 100%.”


MÁQUINA TÉRMICA FRIA


τ

Q1 Q2

TRABALHO TRABALHO ⇒⇒ CALORCALOR

“O calor não flui espontaneamente da fonte fria para a fonte quente”


CICLO DE CARNOT

A

B

C

D


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