GASES E TERMODINÂMICAO que você deve saber sobre

O modelo do gás ideal foi fundamental no desenvolvimento da física e da química da primeira metade do século XIX. O estudo das transformações do calor em trabalho em sistemas gasosos configurou a termodinâmica clássica. As máquinas térmicas ainda em uso, como motores a combustão e refrigeradores, usam variantes do ciclo de Carnot para atingir o máximo rendimento.

I. Gás ideal

As moléculas não interagem entre si. Os choques entre as moléculas e as paredes do recipiente são perfeitamente elásticos (não há perda de energia). As dimensões das moléculas são desprezíveis em comparação com o volume do recipiente. O movimento das moléculas é permanente e totalmente aleatório.

Estado de um gás: conjunto de diversas variáveis macroscópicas

GASES E TERMODINÂMICA

II. Transformações gasosas particulares

Transformação isotérmica (lei de Boyle-Mariotte)

Diagrama P X V de uma transformação isotérmica

GASES E TERMODINÂMICA

Transformação isobárica (lei de Gay-Lussac)

II. Transformações gasosas particulares

Diagrama P X V de uma transformação isobárica

GASES E TERMODINÂMICA

Transformação isovolumétrica (lei de Charles)

II. Transformações gasosas particulares

Diagrama P X V de uma transformação isovolumétrica

GASES E TERMODINÂMICA

III. Lei geral dos gases ideais

Equação de Clapeyron

O quociente P . V é constante e depende apenas de n, o número Tde mols do gás presente na amostra.

Valores mais usados para a constante universal dos gases ideais R: R = 0,082 atm . L/mol . K ou R = 8,31 J/mol . K.

GASES E TERMODINÂMICA

IV. Trabalho em transformações gasosas• Isobárica: = P . ∆V

• Isovolumétrica: = 0• Outras: o trabalho é numericamente igual à área sob o diagrama P X V

O trabalho é numericamente igual à área sombreada sob o gráfico.

GASES E TERMODINÂMICA

Sinal do trabalho• Expansão (∆V > 0): > 0• Compressão (∆V < 0): < 0• Ciclos: sentido horário: > 0; sentido anti-horário: < 0

Energia interna do gás ideal: depende da variação de temperatura.

IV. Trabalho em transformações gasosas

GASES E TERMODINÂMICA

Transformação adiabática

A) Diagrama P X V de uma transformação adiabática (linha cheia) comparada com uma isoterma (linha tracejada); B) A expansão de aerossol, por ser rápida, simula bem esse tipo de transformação.

IV. Trabalho em transformações gasosas

SASP

ARTO

UT/

SHU

TTER

STO

CK

GASES E TERMODINÂMICA

V. Primeira lei da termodinâmica

É outra forma de escrever o princípio de conservação de energia:

Sinais de ∆U e Q

• Gás recebe calor: Q > 0• Gás cede calor: Q < 0• Aquecimento: T > 0 U > 0• Resfriamento: T < 0 U < 0

GASES E TERMODINÂMICA

Primeira lei da termodinâmicaClique na imagem para ver a animação.

VI. Segunda lei da termodinâmica

Esquema de máquina térmica. A segunda lei garante que há perda de calor na realização de trabalho.

GASES E TERMODINÂMICA

É impossível construir um dispositivo que, operando em um ciclo termodinâmico, converta totalmente o calor recebido em trabalho.

Rendimento de máquinas térmicas

VI. Segunda lei da termodinâmica

Nenhuma máquina térmica apresenta 100% de rendimento.

GASES E TERMODINÂMICA

VII. Ciclo de CarnotCarnot descobriu o ciclo teórico capaz de extrair o máximo rendimento de uma máquina térmica.

Rendimento do ciclo de Carnot

O ciclo de Carnot compreende duas transformações isotérmicas (linhas azuis) e duas transformações adiabáticas (linhas vermelhas).

GASES E TERMODINÂMICA

, em que T é a temperatura em Kelvins.

(UFMG) Um gás ideal, num estado inicial i, pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I, II e III, representados neste diagrama de pressão versus volume:

RESPOSTA: DOs valores WI, WII e WIII são numericamente iguais às áreas sob os respectivos diagramas. Por comparação direta na figura do enunciado, temos WI > WII > WIII.

2

GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

EXER

CÍCI

OS

ESSE

NCI

AIS

Sejam WI, WII e WIII os módulos dos trabalhos realizadospelo gás nos processos I, II e III, respectivamente. Combase nessas informações, é correto afirmar que:

a) WI < WII < WIII.b) WI = WII = WIII.c) WI = WII > WIII.d) WI > WII > WIII.

Segunda lei da termodinâmicaClique na imagem para ver a animação.

(UFRR) Um mol de gás ideal realiza o processo cíclico ABCD representado a seguir no gráfico de P X V:

4EX

ERCÍ

CIO

S ES

SEN

CIAI

S

O rendimento da máquina que utiliza esse ciclo é de 0,8. O trabalho no ciclo e o calor fornecido ao gás, em quilojoules, valem respectivamente:

a) 24 e 30. b) 8 e 10. c) 54 e 42. d) 12 e 16.e) 16 e 20.RESPOSTA: A

GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

(UFRGS-RS) Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q = 100 J e realiza o trabalho W = 70 J. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gás:

a) aumentou 170 J.b) aumentou 100 J.c) aumentou 30 J.d) diminuiu 70 J.e) diminuiu 30 J.RESPOSTA: CA partir do enunciado, Q = 100 J e W = 70 J. Aplicando a primeira lei da termodinâmica, temos:∆U = Q - W = 100 - 70 ∆U = 30 J.Como ∆U > 0, pode-se afirmar que a energia interna do gás aumentou 30 J.

5EX

ERCÍ

CIO

S ES

SEN

CIAI

S

GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

(Univali-SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 400 K e 280 K, recebendo 1.200 J de calor da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente:

a) 840 e 360. b) 1.000 e 1.000. c) 500 e 1.500.d) 1.400 e 600.e) 700 e 1.300.

10EX

ERCÍ

CIO

S ES

SEN

CIAI

S

RESPOSTA: A

GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

(UPF-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente, em temperatura de 227 ºC, e uma fria, em temperatura de –73 ºC. O rendimento desta máquina, em percentual, é de:

a) 10. b) 25. c) 35. d) 50.e) 60.

12EX

ERCÍ

CIO

S ES

SEN

CIAI

S

RESPOSTA: E

GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR