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GASES E TERMODINÂMICA O que você deve saber sobre O modelo do gás ideal foi fundamental no desenvolvimento da física e da química da primeira metade do.

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1 GASES E TERMODINÂMICA O que você deve saber sobre O modelo do gás ideal foi fundamental no desenvolvimento da física e da química da primeira metade do século XIX. O estudo das transformações do calor em trabalho em sistemas gasosos configurou a termodinâmica clássica. As máquinas térmicas ainda em uso, como motores a combustão e refrigeradores, usam variantes do ciclo de Carnot para atingir o máximo rendimento.

2 I. Gás ideal As moléculas não interagem entre si. Os choques entre as moléculas e as paredes do recipiente são perfeitamente elásticos (não há perda de energia). As dimensões das moléculas são desprezíveis em comparação com o volume do recipiente. O movimento das moléculas é permanente e totalmente aleatório. Estado de um gás: conjunto de diversas variáveis macroscópicas GASES E TERMODINÂMICA

3 II. Transformações gasosas particulares Transformação isotérmica (lei de Boyle-Mariotte) Diagrama P X V de uma transformação isotérmica GASES E TERMODINÂMICA

4 Transformação isobárica (lei de Gay-Lussac) II. Transformações gasosas particulares Diagrama P X V de uma transformação isobárica GASES E TERMODINÂMICA

5 Transformação isovolumétrica (lei de Charles) II. Transformações gasosas particulares Diagrama P X V de uma transformação isovolumétrica GASES E TERMODINÂMICA

6 III. Lei geral dos gases ideais Equação de Clapeyron O quociente P. V é constante e depende apenas de n, o número T de mols do gás presente na amostra. Valores mais usados para a constante universal dos gases ideais R: R = 0,082 atm. L/mol. K ou R = 8,31 J/mol. K. GASES E TERMODINÂMICA

7 IV. Trabalho em transformações gasosas Isobárica: = P. V Isovolumétrica: = 0 Outras: o trabalho é numericamente igual à área sob o diagrama P X V O trabalho é numericamente igual à área sombreada sob o gráfico. GASES E TERMODINÂMICA

8 Sinal do trabalho Expansão (V > 0): > 0 Compressão (V < 0): < 0 Ciclos: sentido horário: > 0; sentido anti-horário: < 0 Energia interna do gás ideal : depende da variação de temperatura. IV. Trabalho em transformações gasosas GASES E TERMODINÂMICA

9 Transformação adiabática A) Diagrama P X V de uma transformação adiabática (linha cheia) comparada com uma isoterma (linha tracejada); B) A expansão de aerossol, por ser rápida, simula bem esse tipo de transformação. IV. Trabalho em transformações gasosas SASPARTOUT/SHUTTERSTOCK GASES E TERMODINÂMICA

10 V. Primeira lei da termodinâmica É outra forma de escrever o princípio de conservação de energia: Sinais de U e Q Gás recebe calor: Q > 0 Gás cede calor: Q < 0 Aquecimento: T > 0 U > 0 Resfriamento: T < 0 U < 0 GASES E TERMODINÂMICA

11 Primeira lei da termodinâmica Clique na imagem para ver a animação.

12 VI. Segunda lei da termodinâmica Esquema de máquina térmica. A segunda lei garante que há perda de calor na realização de trabalho. GASES E TERMODINÂMICA É impossível construir um dispositivo que, operando em um ciclo termodinâmico, converta totalmente o calor recebido em trabalho.

13 Rendimento de máquinas térmicas VI. Segunda lei da termodinâmica Nenhuma máquina térmica apresenta 100% de rendimento. GASES E TERMODINÂMICA

14 VII. Ciclo de Carnot Carnot descobriu o ciclo teórico capaz de extrair o máximo rendimento de uma máquina térmica. Rendimento do ciclo de Carnot O ciclo de Carnot compreende duas transformações isotérmicas (linhas azuis) e duas transformações adiabáticas (linhas vermelhas). GASES E TERMODINÂMICA, em que T é a temperatura em Kelvins.

15 (UFMG) Um gás ideal, num estado inicial i, pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I, II e III, representados neste diagrama de pressão versus volume: RESPOSTA: D Os valores W I, W II e W III são numericamente iguais às áreas sob os respectivos diagramas. Por comparação direta na figura do enunciado, temos W I > W II > W III. 2 GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR EXERC Í CIOS ESSENCIAIS Sejam W I, W II e W III os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I, II e III, respectivamente. Com base nessas informações, é correto afirmar que: a) W I < W II < W III. b) W I = W II = W III. c) W I = W II > W III. d) W I > W II > W III.

16 Segunda lei da termodinâmica Clique na imagem para ver a animação.

17 (UFRR) Um mol de gás ideal realiza o processo cíclico ABCD representado a seguir no gráfico de P X V: 4 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS O rendimento da máquina que utiliza esse ciclo é de 0,8. O trabalho no ciclo e o calor fornecido ao gás, em quilojoules, valem respectivamente: a) 24 e 30. b) 8 e 10. c) 54 e 42. d) 12 e 16. e) 16 e 20. RESPOSTA: A GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

18 (UFRGS-RS) Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q = 100 J e realiza o trabalho W = 70 J. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gás: a) aumentou 170 J. b) aumentou 100 J. c) aumentou 30 J. d) diminuiu 70 J. e) diminuiu 30 J. RESPOSTA: C A partir do enunciado, Q = 100 J e W = 70 J. Aplicando a primeira lei da termodinâmica, temos: U = Q - W = U = 30 J. Como U > 0, pode-se afirmar que a energia interna do gás aumentou 30 J. 5 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

19 (Univali-SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 400 K e 280 K, recebendo J de calor da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente: a) 840 e 360. b) e c) 500 e d) e 600. e) 700 e EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR

20 (UPF-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente, em temperatura de 227 ºC, e uma fria, em temperatura de –73 ºC. O rendimento desta máquina, em percentual, é de: a) 10. b) 25. c) 35. d) 50. e) EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: E GASES E TERMODINÂMICA – NO VESTIBULAR


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