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X SAIR TERMODINÂMICA Estudo dos gases

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X SAIR

TERMODINÂMICA

Estudo dos gases

X SAIR

TERMODINÂMICA

A Termodinâmica (do grego therme = calor e dynamis = movimento) é o ramo da Física que estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão, empregados em sistemas físicos em escala macroscópica.

De uma forma mais simples, a termodinâmica procura explicar os mecanismos de transferência de energia térmica a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho.

Ela não trabalha com modelos da microestrutura da substância e tampouco é capaz de fornecer detalhes desse tipo de estrutura, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, algumas propriedades podem ser determinadas.

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O estado gasoso

1 Estudo dos gases

CORE

L/CI

D

JOSÉ

GIL

/SH

UTT

ERST

OCK

X SAIR

Definição

Os gases representam o estado físico da matéria  cujos valores de volume, densidade ou forma própria não são definidos.

Apresentam alto grau de desordem causado pelo deslocamento livre das partículas que os constituem (átomos, moléculas ou íons  – geralmente moléculas) e são objetos de estudos por possuírem grande aplicabilidade no cotidiano, e por ser a camada material na qual mais mantemos contato, afinal, normalmente todo o nosso corpo fica em contato com gases (ar atmosférico).

X SAIR

Gás e Vapor

A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica.

O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão.

Com o gás não ocorre o mesmo.

Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.

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O estado gasosoPressão (p)Volume (V)Temperatura (T)

A transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica.

Variáveis de estado

1 Estudo dos gases

X SAIR

Estados físicos da matéria

1 Estudo dos gases

Sublimação(sólido emgás ou gásem sólido)

Gás Evaporação(líquido em gás)

Condensação(gás em líquido)

LíquidoSólido

Congelamento(líquido em sólido) Fusão (sólido

ou vidro em líquido)

X SAIR

Gases reais vs gases ideais Em um gás real, as moléculas não se movimentam de

forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.

Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam.

1 Estudo dos gases

X SAIR

Transformações gasosas

Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece constante.

Isobáricas: a pressão é mantida constante.

Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o volume permanece constante.

1 Estudo dos gases

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Transformação isotérmica

Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume.

p V = constante

Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isotérmica, temos:

pA VA = pB VB

1 Estudo dos gases

DO

RLIN

G K

IND

ERSL

EY/G

ETTY

IMAG

ES

X SAIR

Transformação isotérmica

1 Estudo dos gases

3p

3V

p

TT

V

X SAIR

Transformação isotérmica

Isotermas

1 Estudo dos gases

p

T3

T2T1

V

X SAIR

Transformação isobárica

Experimento de Joseph-Louis Gay-Lussac para transformações a pressão constante

1 Estudo dos gases

DO

RLIN

G K

IND

ERSL

EY/G

ETTY

IMAG

ES

X SAIR

Transformação isobárica

Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins).

V = k T(k = constante)

Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos:

1 Estudo dos gases

X SAIR

Dilatação dos gases

Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica.

1 Estudo dos gases

X SAIR

Transformação isovolumétrica

1 Estudo dos gases

Tubo de vidro

Manômetro

DO

RLIN

G K

IND

ERSL

EY

X SAIR

Transformação isovolumétrica

Lei de Charles para transformações a volume constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins):

p = k T(k = constante)

Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos:

1 Estudo dos gases

X SAIR

Equação de um gás ideal

X SAIR

Alteração simultânea das três variáveis deestado de um gás

Número de Avogadro: 6,023 1023

Mol: 1 mol contém 6,023 1023 partículas (átomos, moléculas, elétrons etc.)

Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas, medida em gramas.

Número de mols (n):

2 Equação de um gás ideal

n=mM

X SAIR

Analisando a densidade e a massa molar

Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa molar M.

2 Equação de um gás ideal

MB = MA13

mB = mA13

X SAIR

Analisando as transformações isobáricas

Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura do sistema.

2 Equação de um gás ideal

X SAIR

Analisando as transformações isotérmicas

Sob temperatura constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão do sistema.

2 Equação de um gás ideal

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Equação de Clapeyron

As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n

mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos gases perfeitos (ou ideais):

p V = n R T

2 Equação de um gás ideal

X SAIR

Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos)

Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais:

2 Equação de um gás ideal