I. Gás Ideal ou Gás Perfeito I.I.DESCRIÇÃO MACROSCÓPICA DO GÁS IDEAL Caracterização Macroscópica Leis do gás ideal Equação de Estado do Gás ideal Isoprocessos e seus Esboços Gráficos 27-04-2017

1.1. Descrição macroscópica Considere um gás de massa m confinado num cilindro de volume V, à pressão p e temperatura T. Em geral a equação que relaciona essas quantidades (equação de estado) é complicada. A equação de estado é simples, se o gás é mantido à pressão baixa (densidade baixa – gás rarefeito), e pode ser obtida experimentalmente. O gás de densidade baixa é normalmente chamado gás ideal 27-04-2017

Gás ideal É um modelo físico. É um conceito útil pelo facto de que gases reais à pressões baixas comportam-se como gás ideal. É conveniente exprimir a quantidade de gás, num dado volume, em termos de nº de moles n. 27-04-2017

Descrição macroscópica (cont.) Um mole de qualquer substância é a quantidade de tal substância que contém o nº de Avogadro, NA de partículas constituintes. nº de moles, onde m é a massa do gás e M é a massa molar do gás (1.1) Em geral Ex: Para o oxigénio, 27-04-2017

Descrição macroscópica (cont.) LEIS DO GÁS IDEAL: Suponha que um gás ideal está confinado num recipiente cilíndrico, cujo volume pode variar através dum pistão móvel. Assume-se que para esse sistema m = constante Para esse sistema obtém-se, experimentalmente, as seguintes informações: 27-04-2017

Leis do gás ideal (cont.) 1. Quando o gás é mantido à temperatura constante, a sua pressão é inversamente proporcional ao volume ocupado pelo gás. (Lei de Boyle- Mariotte) 2. Quando a pressão do gás é mantida constante, o seu volume é directamente proporcional à temperatura do gás. (Lei de Gay-Lussac) 3. Quando o volume do gás é mantido constante, a pressão é directamente proporcional à temperatura do gás. (Lei de Charles) Fig.1 Pistão Gás 27-04-2017

1.2. Equação de estado do gás É uma relação funcional que se estabelece entre os parâmetros que descrevem o estado de equilíbrio termodinâmico do sistema. Para sistemas simples de composição química dada e de massa m, o estado é determinado por dois parâmetros. Assim a equação de estado será uma relação funcional tal que: ou Para um gás ideal, os parâmetros de estado do gás satisfazem a relação: (1.2) Equação de estado do gás ideal 27-04-2017

Equação de estado do gás (cont.) onde R é a constante universal dos gases e T é a temperatura na escala absoluta. Experiências realizadas com vários gases mostraram que quando para todos os gases No SI: tal que Portanto , considera-se gás ideal: Aquele para o qual para todas as pressões. Obedece, rigorosamente, as leis de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles. 27-04-2017

Equação de estado do gás (cont.) A lei do gás ideal enuncia que se o volume e a temperatura duma dada amostra gasosa não variam, então a pressão também permanece constante. A equação de estado do gás ideal é, muitas vezes, expressa em termos de nº total de moléculas, N. Como , então: Onde é a constante de Boltzmann. Assim, O valor da constante de Boltzmann 27-04-2017

Equação de estado do gás (cont.) 1.2.1. Transformações Termodinâmicas: Se um dos parâmetros de estado dum sistema varia, desenvolver-se-á uma variação do estado termodinâmico do sistema que se chama processo termodinâmico. O processo termodinâmico chamar-se-á processo equilibrado ou quase-estático, se o sistema passar infinitamente lento, por uma série contínua de estados de equilíbrio infinitamente próximos. Caso contrário, trata-se dum processo desequilibrado. 1.2.2. ISOPROCESSOS: São processos que decorrem num sistema de massa constante, sendo também constante algum dos seus parâmetros de estado. 27-04-2017

Equação de estado do gás (cont.) 1.2.2.1. Processo Isotérmico Desenvolve-se com a temperatura de valor constante p T3 T2 V T1 As curvas (hipérboles) chamam-se isotérmas 27-04-2017

1.2.2.2. Processo Isobárico Decorre à pressão constante : p1 p1 >p2 V -273,15 t (ºc) As rectas p1 e p2 chamam-se isóbaras 27-04-2017

1.2.2.3. Processos Isocóricos Decorrem à volume constante. p V2 V1 V1 > V2 -273,15 0 t (ºc) As rectas V1 e V2 chamam-se isócoras. 27-04-2017