Tópicos de Física 2 - Caderno de Estudos-037-039

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353 | GASES PERFEITOS E TERMODINÂMICA
A transformação adiabática (Q 5 0) tem por expressão analítica a Equação de Poisson:
pVg 5 constante
em que
g 5
c
c
p
v
(expoente de Poisson)
Energia mecânica e o calor
A energia mecânica de um sistema pode ser dos tipos cinética ou potencial (gravitacio-
nal ou elástica). Muitas vezes, essa energia mecânica transforma-se em energia térmica, 
produzindo aquecimento do sistema.
Geralmente, a energia mecânica é medida em joules (J) e a energia térmica, em calorias 
(cal). Dessa forma, é importante saber a relação existente entre essas unidades, para pos-
síveis conversões:
1 caloria 5 4,186 joules
As máquinas térmicas e a 2a Lei da Termodinâmica
São denominadas máquinas térmicas os dispositivos usados para converter energia 
térmica em energia mecânica.
O trabalho realizado pela máquina térmica é igual à diferença entre os módulos do calor 
recebido da fonte quente e do calor rejeitado para a fonte fria:
τ
 
 
5 |Q
A
| 2 |Q
B
|
A 2a Lei da Termodinâmica
O rendimento de uma máquina térmica é definido pela fração do calor recebido da fon-
te quente que é usada para a realização de trabalho: 
1
|Q |
|Q |
B
A
h5 2
B
a
n
c
o
 d
e
 i
m
a
g
e
n
s
/A
rq
u
iv
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a
 e
d
it
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ra
p
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volume
T
2
 > T
1
T
2
T
1
O gráfico da adiabática
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36 CADERNO DE ESTUDOS
É impossível construir uma máquina que, operando em transformações cíclicas, tenha 
como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica recebida 
de uma fonte quente.
O enunciado de Rudolf Clausius a enunciar a 2a Lei da Termodinâmica afirma que:
É impossível uma máquina, sem ajuda de um agente externo, conduzir calor de um 
sistema para outro que esteja a uma temperatura maior.
O ciclo de Carnot
Os dois Postulados de Carnot são:
Nenhuma máquina operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento 
maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas.
Ao operar entre duas temperaturas, a máquina ideal de Carnot tem o mesmo 
rendimento, qualquer que seja o fluido operante.
O zero absoluto é a temperatura da fonte fria de uma máquina ideal de Carnot, que 
opere com rendimento de 100%.
Para a máquina de Carnot, o rendimento é dado por:
h5 21
T
T
B
A
De qualquer forma, podemos dizer que:
Transformações reversíveis e irreversíveis
Denomina-se transformação reversível aquela em que, após seu término, o sistema 
pode retornar às suas condições iniciais pelo mesmo caminho, isto é, passando pelos mes-
mos estados intermediários, na sequência inversa daquela ocorrida na transformação 
inicial, sem interferência externa. A transformação será irreversível se o processo não 
puder satisfazer às condições citadas acima.
Entropia
Rudolf Clausius definiu que a variação de entropia (DS) de um sistema, quando se agre-
ga uma quantidade de calor (Q), mediante um processo reversível (à temperatura absoluta 
constante T), é dada por:
D 5S Q
T
O enunciado de Kelvin-Planck para a 2a Lei da Termodinâmica nos diz que:
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373 | GASES PERFEITOS E TERMODINÂMICA
1. (UFPR) Um recipiente esférico possui um volume interno igual a 8,0 L. Suponha que se queira encher esse 
recipiente com gás nitrogênio, de modo que a pressão interna seja igual a 2,0 atm a uma temperatura de
27 °C. Considerando a massa molecular dos gases como 8,0 J/(K ? mol) e 1 atm 5 1 ? 105 Pa, calcule a 
massa desse gás que caberia no recipiente sob as condições citadas.
Resolução:
Equação de Clapeyron:
pV 5 nRT ⇒ pV 5 
M
m
RT
2,0 ? 105 ? 8,0 ? 1023 5 
28
m
 ? 8,0 ? (27 1 273)
16 ? 102 5 
28
m
 ? 8,0 ? 300
m 5 18,7 g
Resposta: 18,7 g
Exercício resolvido
Questões
1. (UFRGS-RS) 
 Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que 
aparecem.
 Segundo a Teoria Cinética dos Gases, um gás ideal é constituído de um número enorme de moléculas, 
cujas dimensões são desprezíveis, comparadas às distâncias médias entre elas.
 As moléculas movem-se continuamente em todas as direções e só há interação quando elas colidem 
entre si. Nesse modelo de gás ideal, as colisões entre as moléculas são ______________________, e a 
energia cinética total das moléculas ______________________.
a) elásticas – aumenta 
b) elásticas – permanece constante
c) elásticas – diminui 
d) inelásticas – aumenta
e) inelásticas – diminui
Aplique o que aprendeu
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