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ANTÓNIO JOSÉ FONSECA NEVES
FÍSICA II
Teoria cinética dos gases
A teoria cinética dos gases permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas.
Os físicos Boltzmann e Maxwell foram os principais responsáveis pela teoria cinética dos gases.
No estudo dos gases ideais vimos que um gás é composto por átomos e moléculas, que se movem de acordo com as leis estabelecidas pela cinemática. Em um gás, suas partículas normalmente estão muito distantes uma das outras, tendo o vazio entre si. Vimos também que a principal característica dos gases é de praticamente só existir interação entre suas partículas quando elas colidem umas com as outras.
Com relação à Lei dos Gases Ideais, posso dizer que ela nos mostra a relação entre pressão, volume, temperatura e número de mols. Essa relação é obtida a partir de um modelo simples para os gases, que permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas. A teoria cinética dos gases se baseia em quatro postulados:
1 – O gás é formado por moléculas que se encontram em movimento desordenado e permanente. Cada molécula pode ter velocidade diferente das demais.
2 – Cada molécula do gás interage com as outras somente por meio de colisões (forças normais de contato). A única energia das moléculas é a energia cinética.
3 – Todas as colisões entre as moléculas e as paredes do recipiente que contém o gás são perfeitamente elásticas. A energia cinética total se conserva, mas a velocidade de cada molécula pode mudar.
4 – As moléculas são infinitamente pequenas. A maior parte do volume ocupado por um gás é espaço vazio.
Partindo desses postulados, Boltzmann e Maxwell mostram que a energia cinética média do total de moléculas de um gás ideal é proporcional à temperatura conforme a expressão:
Onde k é a constante de Boltzmann e N é o número de moléculas. O valor de k pode ser calculado a partir da constante dos gases R e do número de Avogadro NA por
A expressão obtida mostra que a temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas de um gás ideal. Assim, vemos que a temperatura é uma média do grau de agitação das moléculas de um gás. Usando o número de mols, temos:
 
As máquinas térmicas são máquinas capazes de converter calor em trabalho. Elas funcionam em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes, uma fonte quente que é de onde recebem calor e uma fonte fria que é para onde o calor que foi rejeitado é direcionado.
A respeito das máquinas térmicas é importante saber que elas não transformam todo o calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%.
Rendimento de uma máquina térmica
Usando o princípio de conservação de energia, temos:
Q1 = t + Q2 → t = Q1 – Q2
O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre a potência útil, trabalho produzido pela máquina térmica, e a potência total calor fornecido a máquina térmica pela fonte quente:
 
A refrigeração é processo termodinâmico em que o calor é retirado de um sistema isolado para o ambiente, através de um fluido denominado refrigerante. É importante lembrar que existem 3 tipos de sistemas termodinâmicos sendo estes isolados, abertos e fechados.
A segunda lei da termodinâmica trata simplesmente das transferências energéticas entre corpos. Em outras palavras, o calor de um corpo mais quente vai para um corpo mais frio. É importante, no entanto saber que calor é uma forma de energia e o conceito de quente e frio é apenas uma sensação relacionada com as variações de temperatura.
A termodinâmica causou importantes impactos no avanço da tecnologia e, portanto, no desenvolvimento da civilização. As máquinas térmicas impulsionaram, por exemplo, a Revolução Industrial. Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia operam segundo princípios termodinâmicos (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc.).