TERMODINÂMICA Estudo dos gases

Apresentação em tema: "TERMODINÂMICA Estudo dos gases"— Transcrição da apresentação:

1 TERMODINÂMICA Estudo dos gases

2 TERMODINÂMICA A Termodinâmica (do grego therme = calor e dynamis = movimento) é o ramo da Física que estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão, empregados em sistemas físicos em escala macroscópica. De uma forma mais simples, a termodinâmica procura explicar os mecanismos de transferência de energia térmica a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho. Ela não trabalha com modelos da microestrutura da substância e tampouco é capaz de fornecer detalhes desse tipo de estrutura, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, algumas propriedades podem ser determinadas.

3 O estado gasoso 1 Estudo dos gases
COREL/CID JOSÉ GIL/SHUTTERSTOCK Professor: na maioria das vezes, os gases não são visíveis, embora possamos comprovar sua presença por meio de alguns fenômenos. O ar quente, menos denso que o ar circundante, é responsável pela flutuação dos grandes balões. Os tubos fluorescentes contêm material gasoso o qual, ao ser percorrido por um corrente elétrica, emite radiação ultravioleta, que produz luz visível ao incidir sobre o revestimento interno do tubo. 1 Estudo dos gases

4 Definição Os gases representam o estado físico da matéria cujos valores de volume, densidade ou forma própria não são definidos. Apresentam alto grau de desordem causado pelo deslocamento livre das partículas que os constituem (átomos, moléculas ou íons – geralmente moléculas) e são objetos de estudos por possuírem grande aplicabilidade no cotidiano, e por ser a camada material na qual mais mantemos contato, afinal, normalmente todo o nosso corpo fica em contato com gases (ar atmosférico).

5 Gás e Vapor A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica. O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão. Com o gás não ocorre o mesmo. Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.

6 O estado gasoso Pressão (p) Volume (V) Temperatura (T)
A transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica. Variáveis de estado Professor: quando se aumenta (A) ou se diminui (B) a pressão sobre um gás preso em um recipiente com um êmbolo móvel, esse gás passa por uma transformação gasosa. 1 Estudo dos gases

7 Estados físicos da matéria
Gás Evaporação (líquido em gás) Sublimação (sólido em gás ou gás em sólido) Condensação (gás em líquido) Professor: a figura mostra as relações entre os três principais estados físicos da matéria. Nos sólidos, as partículas tendem a se manter unidas devido à intensidade das forças de coesão entre as moléculas. Nos líquidos, as forças de coesão são menos significativas, mas o grau de liberdade de movimentação das moléculas ainda é limitado. Em materiais nesse estado, as partículas não se separam totalmente, mas não apresentam forma fixa. Nos gases, ocorrem choques entre as moléculas com maior frequência, e essas partículas tendem à dispersão. Sólido Líquido Congelamento (líquido em sólido) Fusão (sólido ou vidro em líquido) 1 Estudo dos gases

8 Gases reais vs gases ideais
Em um gás real, as moléculas não se movimentam de forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas. Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam. 1 Estudo dos gases

9 Transformações gasosas
Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece constante. Isobáricas: a pressão é mantida constante. Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o volume permanece constante. 1 Estudo dos gases

10 Transformação isotérmica
Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume. p  V = constante Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isotérmica, temos: pA  VA = pB  VB DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES Professor: na figura, aparelho composto de bomba pneumática, manômetro e tubo de vidro contendo óleo e gás, utilizado para realizar transformações isotérmicas e demonstrar a lei de Boyle. Ao acionarmos a bomba, sua pressão se transmite à coluna de óleo no tubo de vidro, a qual, por sua vez, alcança maior altura. Consequentemente, o volume ocupado pelo gás diminui. O manômetro é utilizado para medir a pressão aplicada. 1 Estudo dos gases

11 Transformação isotérmica
3p p T T 3V V Professor: o experimento é realizado em um cilindro munido de êmbolo sobre o qual podem ser colocados pesos conhecidos. O cilindro fica mergulhado em água continuamente renovada, de tal modo que sua temperatura se mantenha intencionalmente constante. Considere que os experimentos como o esquematizado sejam realizados em sistemas em que não ocorra vazamento de moléculas para o meio externo. Quando a pressão em cima do êmbolo é diminuída em 1/3 (dois pesos são retirados), o volume que o gás ocupa triplica. 1 Estudo dos gases

12 Transformação isotérmica
Isotermas p T3 T2 T1 V 1 Estudo dos gases

13 Transformação isobárica
Experimento de Joseph-Louis Gay-Lussac para transformações a pressão constante DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES Professor: esquema simplificado do dispositivo que permitiu a Gay-Lussac ( ) estudar experimentalmente a variação do volume de um gás em função da temperatura em que a massa de ar se encontra. A pressão sobre o gás é mantida constante. O gráfico mostra os resultados do experimento. 1 Estudo dos gases

14 Transformação isobárica
Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins). V = k  T (k = constante) Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases

15 Dilatação dos gases Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica. 1 Estudo dos gases

16 Transformação isovolumétrica
Tubo de vidro DORLING KINDERSLEY Manômetro Professor: na foto, esquema de dispositivo que permite estudar experimentalmente a variação da pressão de um gás em relação à sua temperatura. O termômetro mede a temperatura da água em banho-maria, que é igual à do gás, devido ao equilíbrio térmico entre essa água, o balão de vidro e a massa de gás. O gráfico mostra como essa temperatura varia em função da pressão medida no manômetro. 1 Estudo dos gases

17 Transformação isovolumétrica
Lei de Charles para transformações a volume constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins): p = k  T (k = constante) Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos: 1 Estudo dos gases

18 Equação de um gás ideal

19 Alteração simultânea das três variáveis de estado de um gás
Número de Avogadro: 6,023  1023 Mol: 1 mol contém 6,023  1023 partículas (átomos, moléculas, elétrons etc.) Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas, medida em gramas. Número de mols (n): n= m M 2 Equação de um gás ideal

20 Analisando a densidade e a massa molar
Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa molar M. MB = MA 1 3 mB = mA 1 3 . 2 Equação de um gás ideal

21 Analisando as transformações isobáricas
Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura do sistema. Professor: se em uma transformação isobárica a temperatura do sistema gasoso duplicar, seu volume também duplicará. A densidade do gás, por sua vez, se tornará a metade da densidade inicial do sistema. 2 Equação de um gás ideal

22 Analisando as transformações isotérmicas
Sob temperatura constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão do sistema. Professor: se em uma transformação isotérmica a pressão exercida pelo gás triplicar, o volume do gás se tornará três vezes menor, e a densidade triplicará. 2 Equação de um gás ideal

23 Equação de Clapeyron p  V = n  R  T
As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos gases perfeitos (ou ideais): p  V = n  R  T 2 Equação de um gás ideal

24 Lei geral dos gases ideais (ou perfeitos)
Igualando I e II, chegamos à lei geral dos gases ideais: 2 Equação de um gás ideal