Ilustração 20.3 - Processos Termodinâmicos

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Descrição da Animação

Nesta animação N = nR (isto é, k_B = 1). Assim, a lei do gás ideal fica PV = NT.  Início

Sabias que ...

Existem muitas maneiras de um gás ir de um estado termodinâmico para outro (um estado termodinâmico é descrito pelas variáveis de estado: volume, pressão, número de moles e temperatura do gás). Pode haver trocas de calor entre o gás e o meio ambiente. Pode haver trabalho realizado sobre o gás ou realizado pelo gás. A forma como o gás vai de um estado termodinâmico para outro é determinado pelo fluxo de calor e pelo trabalho realizado. Contudo, a variação da energia interna do gás depende unicamente da variação de temperatura e não de como essa variação ocorre. Por outras palavras, a variação da energia interna do gás é independente do processo, enquanto o trabalho e o calor dependem dos processos.

Para tornar as coisas mais fáceis, alguns processos termodinâmicos especiais são classificados de acordo com a variável que permanece constante. Para ilustrar cada um destes processos vamos considerar um recipiente selado, ou seja, o número de átomos no gás permanece constante (não há nada que exija que o número de átomos do gás permaneça constante, mas nesta ilustração assumimos que permanece constante, para simplificar as definições e o controlo de variáveis).

• Isobárico: A pressão do gás permanece constante. Isto significa que à medida que a temperatura do gás varia, o seu volume varia também. Por exemplo, num balão que é colocado no frigorífico verifica-se que o seu tamanho (volume) diminui.
• Isocórico: O volume do gás permanece constante. Isto significa que a variação de temperatura é acompanhada por uma variação de pressão. Por exemplo, a pressão do vapor dentro de uma panela de pressão aumenta à medida que a temperatura aumenta.
• Isotérmico: A temperatura do gás permanece constante. À medida que o volume aumenta, a pressão diminui.  Por exemplo, um balão numa câmara de vácuo aumenta de tamanho (volume) à medida que a pressão dentro da câmara vai diminuindo.
• Adiabático: O volume, a temperatura e a pressão variam todos. Este é um processo rápido em que não há transferência de calor entre o gás e o meio ambiente. Por exemplo, dá-se uma transformação adiabática quando se comprime o êmbolo de uma seringa muito rapidamente.

Uma maneira de descrever o estado termodinâmico de um gás é através do diagrama PV. Poderíamos igualmente usar um diagrama PT ou VT, mas o diagrama PV tem a vantagem de permitir ver facilmente o trabalho realizado pelo gás. O trabalho é simplesmente a área abaixo da curva do gráfico (zona vermelha nos gráficos), porque ele é dado pelo integral W = ∫ P dV (e um integral é o cálculo da área abaixo de uma curva).

Um gás não tem de seguir nenhum destes "percursos especiais" aos quais demos um nome, quando muda de estado (Processo Desconhecido). Para um gás ideal,  desde que PV = NT permaneça verdadeiro durante todo o processo, não há qualquer problema. Só é mais difícil descrever matematicamente o processo e, portanto, mais difícil calcular os valores do calor e do trabalho.

DICA: Quando tiveres um bom gráfico, utiliza o botão direito do rato para obteres um gráfico que podes aumentar de tamanho para veres melhor.

Ilustração da autoria de Anne J. Cox.
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© 2014 Wolfgang Christian, Mario Belloni, Paulo Simeão Carvalho, Edite Briosa, Manuel Filipe Costa