Como se chama a transformação gasosa em que o calor do sistema e constante?

1- INTRODUÇÃO As variáveis de estado de um gás são: volume, pressão e temperatura. Um gás sofre uma transformação quando pelo menos uma das variáveis de estado é alterada. Numa transformação gasosa um gás pode ganhar ou perder calor, realizar ou receber trabalho e sua energia interna pode aumentar ou diminuir.

2- TRABALHO NUMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA a) Quando o gás sofre uma transformação gasosa qualquer, o cálculo do trabalho é feito através da área do gráfico, pressão versus volume .

Se o ciclo estiver no sentido anti-horário o gás recebe trabalho e convencionamos trabalho negativo.

3- ENERGIA INTERNA (U) Qualquer tipo de energia associada ao gás chamaremos de energia interna, basicamente a energia interna de um gás real e monoatômico é a energia cinética de translação de suas moléculas, dada pela seguinte expressão:

U =

3 3 nRT = PV 2 2

Se aquecermos o gás sua temperatura aumenta, logo sua energia interna também aumenta. Se resfriarmos o gás sua temperatura diminui, logo sua energia interna também diminui. Nas transformações isotérmicas a energia interna do gás permanece constante.

4- 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Numa transformação gasosa a primeira lei da termodinâmica estabelece a relação entre calor, trabalho e energia interna. É o princípio da conservação da energia, aplicado nas transformações gasosas.

Q = τ + ∆U

Q → calor Se o volume do gás aumenta, o gás realiza trabalho e convencionamos como trabalho positivo. Se o volume do gás diminui, o gás recebe trabalho do meio externo e convencionamos como trabalho negativo. Nas transformações isocóricas o trabalho é nulo. b) Quando a transformação gasosa for isobárica (pressão constante) o trabalho é calculado pela seguinte expressão:

τ = P∆V = n R ∆T c) Quando a transformação gasosa for cíclica o trabalho é calculado através da área interna ao ciclo.

τ → trabalho

∆U → var iação da energia int erna Nas transformações isotérmicas a variação da energia interna é nula, logo calor se transforma em trabalho ou vice-versa. Nas transformações isocóricas o trabalho é nulo, logo calor se transforma em energia interna ou vice-versa. Nas transformações adiabáticas não há trocas de calor com o meio externo, logo trabalho se transforma em energia interna ou vice-versa. Um exemplo prático de transformação adiabática é o desodorante em “spray”, o gás ao sair para o meio externo realiza trabalho às custas de sua energia interna que diminui, conseqüentemente a temperatura do gás diminui, é um verdadeiro paradoxo, o gás resfria sem perder calor.

5- 2ª LEI DA TERMODINÂMICA

Se o ciclo estiver no sentido horário o gás realiza trabalho e convencionamos trabalho positivo.

A primeira lei da termodinâmica estabelece o princípio da conservação da energia aplicado às transformações gasosas. Se houver conservação da energia tudo pode ocorrer, diz a primeira lei. A primeira lei não consegue prever se a transformação é possível. Imagine num dia quente um copo com água e de repente a água congela, sabe-se que este fenômeno é impossível de ocorrer, mas está de acordo com a primeira lei.

A segunda lei completa a primeira dizendo se o fenômeno é possível. Existem vários enunciados para a segunda lei da termodinâmica, o mais comum deles é:

ESPONTANEAMENTE O CALOR SE TRANSFERE DOS CORPOS DE MAIOR TEMPERATURA PARA OS DE MENOR TEMPERATURA

7- MÁQUINA DE CARNOT O rendimento de uma máquina térmica é sempre menor que 100%, logo, deve haver uma máquina com um rendimento máximo. Carnot demonstrou que esta determinada máquina trabalha segundo um ciclo ideal, e esta máquina é chamada de máquina de Carnot. O ciclo de Carnot é constituído de duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas.

Assim sendo a água do copo não se congela espontaneamente.

6- MÁQUINA TÉRMICA As máquinas térmicas funcionam em ciclos. Toda máquina térmica opera entre duas fontes térmicas, retira calor da fonte quente transformando-o parcialmente em trabalho e o restante é dissipado. A è B: Expansão isotérmica B è C: Expansão adiabática C è D: Compressão isotérmica D è A: Compressão adiabática Demonstra-se neste ciclo que:

Qq Qf O calor absorvido numa transformação cíclica é igual ao trabalho realizado no mesmo ciclo.

τ = Qq − Q f O rendimento desta máquina térmica é dado pela expressão:

η =1 −

Qf Qq

Um exemplo de máquina térmica é a locomotiva a vapor, a famosa “Maria fumaça”, a fonte quente é a caldeira e a fonte fria o ar atmosférico, o calor retirado da caldeira é convertido parcialmente em trabalho, que impulsiona a locomotiva, o restante é dissipado para a atmosfera. Logo, não existe máquina térmica com 100% de rendimento.

NÃO EXISTE UMA MÁQUINA TÉRMICA QUE TRANSFORMA CALOR INTEGRALMENTE EM TRABALHO.

=

T1 T2

O máximo rendimento de uma máquina térmica é igual ao rendimento da máquina de Carnot, dado pela expressão:

η =1−

T2 T1

Como não existe uma máquina com rendimento de 100%, a temperatura da fonte fria nunca será zero Kelvin, portanto, o zero absoluto é inatingível.

EXERCÍCIOS DE AULA

QUESTÃO 03 Um gás perfeito sofre a transformação ABCA, indicada no diagrama abaixo.

QUESTÃO 01 1-Haverá trabalho realizado sempre que uma massa gasosa sofrer variação em seu volume. 2-A figura abaixo é o gráfico da expansão de um gás perfeito à temperatura constante.

A área sombreada do gráfico representa o trabalho recebido pelo gás ao se expandir. 3-Um perfume comprimido num spray esfria quando expandido, pois ao expandir-se, o sistema realiza trabalho, pois tem que empurrar o ar. Sendo essa expansão muito rápida, não há tempo para trocas de calor. Sabemos que o trabalho realizado foi positivo. Então, a variação de energia interna é negativa, o que significa que a energia interna diminuiu, por isso a temperatura caiu. Em outras palavras, o gás esfriou porque realizou trabalho às custas de sua energia interna. 4-Quando um gás sofre uma transformação muito rápida e que não há tempo de trocar calor com o meio externo essa transformação é chamada de adiabática. 5-calor recebido por um gás numa expansão isobárica é utilizado para aumentar a energia interna e realizar trabalho positivo. QUESTÃO 02 1-Numa transformação isométrica, a variação de energia interna é igual a quantidade de calor trocada com o meio externo. 2-Numa transformação isotérmica o calor trocado com a vizinhança é igual o trabalho realizado ou recebido pelo sistema. 3-O calor absorvido pelo gás em um ciclo é igual ao trabalho realizado no mesmo ciclo. 4-A variação de energia interna numa transformação cíclica é nula. 5-Espontaneamente, o calor só se transfere dos corpos de maior temperatura para os corpos de menor temperatura.

1-De A para B o sistema realiza trabalho. 2- O trabalho posto em jogo na transformação AB é de 40 J. 3-Na transformação BC o trabalho é feito sobre o sistema, pois a pressão diminui e o volume é constante. 4-O trabalho posto em jogo na transformação BC é de 120J. 5-O trabalho que o sistema realiza ao percorrer o ciclo ABC é de 160J. QUESTÃO 04 1- Num aquecimento isométrico de um gás perfeito, o sistema recebe calor maior que o aumento de energia interna. 2-- Num aquecimento isométrico de um gás perfeito, o sistema sede calor igual ao aumento de energia interna. 3-- Num aquecimento isométrico de um gás perfeito, o sistema recebe calor menor que o aumento de energia interna. 4-- Num aquecimento isométrico de um gás perfeito, o sistema não realiza trabalho. 5-- Num aquecimento isométrico de um gás perfeito, o sistema recebe calor igual ao aumento de energia interna. QUESTÃO 05 1-Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o sistema não troca calor com o meio. 2-Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o sistema cede calor menor que o trabalho que recebe. 3- Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o sistema recebe trabalho que é integralmente transformado em calor. 4- Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o sistema não sofre variação de energia interna. 5- Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o sistema cede trabalho e recebe calor.

QUESTÃO 06 1-Numa expansão isobárica de um gás perfeito, recebe calor e a energia interna diminui. 2- Numa expansão isobárica de um gás perfeito, recebe calor e a energia interna fica constante. 3- Numa expansão isobárica de um gás perfeito, realiza trabalho e a energia interna diminui. 4- Numa expansão isobárica de um gás perfeito, realiza trabalho e a energia interna não varia. 5- Numa expansão isobárica de um gás perfeito, troca mais calor que trabalho com o meio.

o sistema o sistema o sistema o sistema o sistema

QUESTÃO 07 1-Numa transformação adiabática de um gás perfeito a temperatura não varia, pois não há troca de calor. 2- Numa transformação adiabática de um gás perfeito quando o volume aumenta a temperatura diminui. 3- Numa transformação adiabática de um gás perfeito o volume e a temperatura variam sempre num mesmo sentido. 4- Numa transformação adiabática de um gás perfeito a temperatura aumenta quando o volume aumenta. 5- Numa transformação adiabática de um gás perfeito não há troca de calor com o meio externo. QUESTÃO 08 O volume de um mol de gás ideal varia linearmente em função da temperatura conforme o gráfico abaixo.

Dados: V0 = 16 l T0 = 300 K

R = 8,3

J mol . K

1-Ao passar do estado A para o estado B o gás sofreu uma transformação isocórica. 2-Ao passar do estado A para o estado B o gás sofreu uma transformação isotérmica. 3-Ao passar do estado A para o estado B o gás sofreu uma transformação adiabática. 4- Ao passar do estado A para o estado B o gás sofreu uma transformação isobárica. 5- Ao passar do estado A para o estado B o trabalho realizado pelo gás é de 2.490J.

QUESTÃO 09 Um gás ideal está encerrado em um cilindro provido de um êmbolo, que se pode deslocar livremente. Se o gás sofrer uma expansão rápida: 1-A pressão P e o volume V irão variar de tal modo que o produto PV permanece constante. 2-Sua energia interna diminuirá. 3-A velocidade média das moléculas aumentará. 4-A quantidade de calor trocada entre ele e a vizinhança será desprezível. 5-O trabalho realizado pelo gás é nulo. QUESTÃO 10 Uma certa quantidade de gás é aquecida de dois modos e, devido a isto, sua temperatura aumenta da mesma quantidade, a partir de uma mesma temperatura inicial. Faz-se este aquecimento, uma vez mantendo-se constante o volume do gás e outra, mantendo-se constante a pressão do gás. 1-Nos dois casos forneceu-se a mesma quantidade de calor ao gás. 2-No segundo aquecimento não houve realização de trabalho. 3-No segundo aquecimento, todo calor fornecido ao gás é transformado em energia interna, 4-O aumento de energia interna do gás foi o mesmo nos dois casos. 5-O trabalho realizado no primeiro caso é maior que no segundo. QUESTÃO 11 1- O primeiro princípio da termodinâmica estabelece a conservação da energia numa transformação termodinâmica. No entanto, pela sua aplicação, não podemos prever se uma determinada transformação é possível na natureza. Por exemplo, você já imaginou um lago que se congela subitamente num dia de verão? Ë claro que é impossível! No entanto esse fenômeno não contraria o primeiro princípio da termodinâmica. 2-Nas transformações adiabáticas a temperatura, a pressão e a energia interna sempre variam de modo oposto à variação do volume. 3-Aumentando a temperatura de um gás perfeito, necessariamente a velocidade das moléculas aumentam. 4-Numa transformação isobárica a constante universal dos gases perfeitos coincide, numericamente, com o trabalho trocado por um mol de gás quando a temperatura varia de 1K. 5-Para uma dada massa de gás perfeito, mantida a volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta.

QUESTÃO 12 1-Para uma dada massa de gás perfeito, mantida a temperatura constante, a pressão é diretamente proporcional ao volume. 2-Para uma dada massa de gás perfeito, mantida a pressão constante, o volume é inversamente proporcional à temperatura absoluta. 3-Para uma dada massa de gás perfeito, o cociente entre o produto PV e a temperatura absoluta é constante. 4-Dois gases perfeitos encontram-se em dois recipientes diferentes. Gás A: ocupando volume de 3 litros sob pressão de 2,0 atm a 27ºC. Gás B: ocupando volume de 7 litros sob pressão de 2,0 atm a 127ºC. Misturando-se esses dois gases num recipiente de 5,0 litros, a pressão que a mistura exercerá, a 127ºC, é de 4,4 atm. 5-Certa máquina térmica executa o ciclo ABCDA da figura, efetuando vinte ciclos por segundo. A potencia da máquina em KW é igual a 10.

QUESTÃO 13 Uma amostra de um gás perfeito, na transformação ilustrada no gráfico abaixo, recebe do exterior energia térmica de 700 J.

1- A transformação AB é isobárica. 2-Se a temperatura no ponto A é de 100K a temperatura no ponto B será de 200K. 3-O trabalho realizado na expansão é de 280J. 4-Na transformação AB a energia interna diminui. 5- Na transformação AB a variação da energia interna é de 420J.

QUESTÃO 14 O gráfico abaixo representa um ciclo de Carnot entre as temperaturas de T1 = 800K e T2 = 400K. O motor de Carnot recebe 1000J da fonte quente.

1-As transformações AB e CD são isotérmicas. 2-As transformações BC e BA são adiabáticas. 3-O calor rejeitado para a fonte fria é de 500J. 4-O trabalho realizado é de 500J. 5-O rendimento deste motor é de 50%.

GABARITO 1 2 3 4 VFVVV VVVVV FFFFF FFFVV 6 7 8 9 FFFFV FVFFV FFFVV FVFVF 11 12 13 14 VVVVV FFVVV VFVFV VVVVV

Como se chama a transformação gasosa em que o calor do sistema e constante?

Qual o nome da transformação na qual a temperatura permanece constante?

Qual e o nome da transformação gasosa?

Quais são os tipos de transformação gasosa?