Gases

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Gases
Obs.: o gás real seguirá tanto mais aproximadamente o comportamento do gás ideal,
quanto mais elevada for sua temperatura e quanto mais baixa for sua pressão.
Volume (V): o volume de um gás perfeito é o volume do recipiente que o contém. V: medido
em m3 (metros cúbicos) = 1000 L (litros).
Temperatura (T): é a grandeza que mede o estado de agitação das partículas do gás. T:
medida em K (Kelvin).
Pressão (P): a pressão que um gás exerce é devida ao choque de suas partículas contra as
paredes do recipiente.P = F/A.
Transformação
isotérmica: temperatura constante; Q = τ.
Transformação isobárica: pressão constante; ∆U = Q - P.∆V.
Transformação isocórica: volume constante; ∆U = Q.
Trabalho: T: trabalho, F: força e ∆S: módulo do deslocamento; a energia não é criada, ela
se acumula ou se transforma; o trabalho é a quantidade de energia transformada; o trabalho
é igual à área do gráfico de PxV; τ > 0 → ∆V > 0 (expansão → trabalho realizado pelo gás);
τ < 0 → ∆V < 0 (compressão → sobre o gás); τ = 0 → ∆V = 0 (sem expansão ou
compressão).
Transformação isobárica: pressão constante, T = P.V; expansão: ∆V > 0 → τ > 0;
compressão: ∆V < 0 → τ < 0.
Energia interna de um gás: U: energia interna, n: número de mols do gás, R:
constante universal dos gases ideais e ∆T: temperatura em K; a energia interna é a
soma das energias cinéticas médias de todas as suas moléculas; quanto maior a
temperatura, maior a velocidade das partículas e, consequentemente, maior a
energia cinética.
Velocidade média das moléculas: igualar a fórmula da energia interna com a da cinética.
Primeiro princípio da termodinâmica: princípio de conservação de energia:
durante a transformação, o gás pode trocar energia com o meio ambiente sob
duas formas: calor e trabalho; Q > 0 → gás ganha calo; Q < 0 → gás perde calor; τ
> 0 → expansão; τ < 0 → compressão; ∆U > 0 → gás esquenta (∆T > 0);
∆U < 0 → gás esfria (∆T < 0).
Transformação adiabática: o gás expande e comprime sem trocar
calor com o meio ambiente; Q = 0; há realização de trabalho; ∆U = -τ.
Expansão adiabática → volume aumenta, pressão diminui e
temperatura diminui.
Compressão adiabática → volume diminui, pressão aumenta e
temperatura aumenta.
Obs.: a temperatura diminui, pois, para compensar a expansão, o gás consome energia
interna.
Transformação cíclica: a pressão, o volume e a temperatura retornam aos
seus valores iniciais, após uma sequência de transformações; ∆U = 0 e Q = τ; o
módulo do trabalho realizado é dado pela área do ciclo. Quando o ciclo é
realizado no sentido horário, o trabalho realizado na expansão tem módulo
maior que o realizado na compressão. Nesse caso, o trabalho total é positivo e, portanto,
realizado pelo gás. Para tanto, o gás está recebendo uma quantidade de calor equivalente
do ambiente. Se a transformação cíclica for realizada em sentido anti-horário, o módulo do
trabalho realizado na expansão é menor que o módulo do trabalho realizado na
compressão. O trabalho total realizado é negativo, representado um trabalho realizado pelo
ambiente sobre o gás. Como a quantidade de calor trocada é equivalente, o gás perde calor
para o ambiente.
Obs.: não é possível em uma transformação cíclica transformar todo o calor fornecido em
trabalho útil (não existe uma máquina térmica com rendimento igual a 100%).
Segunda lei da termodinâmica: para haver conversão contínua de
calor em trabalho, um sistema deve realizar continuamente ciclos
entre uma fonte quente e uma fonte fria, que permanecem em
temperaturas constantes. Em cada ciclo, é retirada da fonte quente
uma certa quantidade de calor (Q1 = Qtotal), que é parcialmente
convertida em trabalho, sendo o restante (Q2 = Qrejeitado) rejeitado para
a fonte fria. Qtotal = τ + Qrejeitado.
Energia útil: parte da energia térmica que é convertida em trabalho.
Rendimento: r = τ : Qtotal ou r = 1 - (Qrejeitado : Qtotal).
Ciclo de Carnot: rendimento máximo, é irrealizável na prática. (Qtotal :
Tquente) = (Qrejeitado : Tfria); rendimentomáximo = 1 - (Tfria : Tquente).