aula0708 FISII[2]

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Aula 07/08
Propriedades térmicas da matéria e teoria cinética dos gases
Referências: 
	capítulo 18 - Young e freedman 12ª edição
 	capítulo 22 - resnik, halliday, krane 5ª edição
Propriedades térmicas da matéria
O objetivo desta aula é:
Estudar as propriedades macroscópicas da matéria e como elas se relacionam (P, V, T)
Obter propriedades macroscópicas da matéria a partir das propriedades microscópicas
Propriedades térmicas da matéria
Propriedades macroscópicas (grande escala):
Um sistema é descrito como um todo.
dimensões
massa
Propriedades microscópicas (escala pequena):
A matéria é vista num nível molecular, e o comportamento do sistema é descrito via métodos da termodinâmica estatística.
velocidade das moléculas de um gás; colisão das moléculas (entre elas/no recipiente)
massa das moléculas
pressão
temperatura
Equações de estado
As condições nas quais um material existe e o seu estado são descritos pelas variáveis de estado: 	 PRESSÃO (P), VOLUME (V), TEMPERATURA (T), QUANTIDADE DE MATÉRIA (n)
Em geral, ao alteramos o valor de uma destas quantidades (por exemplo, a pressão), também alteramos o valor da outra (por exemplo, o volume).
Equações de estado
As maneira com as variáveis de estado se relacionam é dada por uma equação matemática, chamada de equação de estado.
Existem várias equações de estado, as quais foram construídas via diferentes aproximações e para condições de validade (pressão, temperatura, interação entre as moléculas). Iremos estudar aqui as mais simples: 
Equação de estado de um sólido
Equação de estado do gás ideal
Equação de estado de Van der Waals para um gás.
Equações de estado
V0, T0
VF, TF
Equações de estado
Equação de estado de um gás ideal
Como o nome já diz, este é um modelo idealizado. Neste modelo, pressupõe-se que:
As moléculas do gás são infinitamente pequenas (o volume ocupado é desprezível)
Não interagem entre si (não existem forças de atração)
Pressões pequenas
Temperaturas elevadas
Moléculas se movem muito rápido
A utilização deste modelo para descrever o estado de um gás não ideal só é válido quando a pressão do gás é muito baixa e a temperatura é muito alta.
No S.I.:
P -> Pascal (Pa) (1 atm = 1,013 x 105Pa)
T -> Kelvin
 V -> m3 (1L = 10-3m3)
n = número de mols
R = 8,314J/mol∙K (constante universal dos gases) 
Equações de estado
Exemplos
Exemplo 18.2: No motor de um automóvel, uma mistura de ar e gasolina é comprimida no interior do cilindro antes da ignição. Um motor típico possui uma razão de compressão de 9 para 1: isso significa que o gás no cilindro é comprimido até um volume igual a 1/9 do seu volume original. A pressão inicial é de 1,0 atm e a temperatura inicial é 27oC. Se a pressão depois da compressão for 21,7 atm, calcule a temperatura do gás comprimido.
Problema 18.1: Um tanque de 20,0L contem 0,225kg de hélio a 18oC. A massa molar do hélio é 4,0g/mol. A) quantos moles de hélio existem no tanque? B) calcule a pressão no tanque em pascal e atmosferas.
Problema 18.12: Para o gás dióxido de carbono, as constantes na equação de Van der Waals são a = 0,364J.m3/mol2 e b = 4,27x105 m3/mol. a) se um mol de CO2 a 350K está confinado em um volume de 400cm3, calcule a pressão do gás usando a equação do gás ideal e a equação de Van de Waals. b) Qual equação fornece a menor pressão? Por que? c) O gás é mantido na mesma temperatura à medida que se expande até um volume de 4000cm3. Repita os cálculos da parte a) e b). Explique como seus cálculos mostram que a equação de Van der Waals é equivalente à do gás ideal quando n/V for pequeno.