FÍSICA ÓPTICA AULA 15 – GASES.

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1 FÍSICA ÓPTICA AULA 15 – GASES

2 GASES Os gases tem por característica não possuírem forma própria nem volume próprio. Assim sendo, a forma e o volume dos gases são a do recipiente que o contém.

3 GASES Gás ideal O gás ideal nada mais é do que um modelo idealizado para os gases reais (modelo perfeito). A densidade do gás ideal é extremamente baixa. Para que o gás real se aproxime do que chamamos de gás ideal, deve ter baixa pressão (as partículas ficam mais afastadas), e alta temperatura (as partículas vibram com mais energia).

4 GASES Gás ideal As características de uma gás ideal são:
Partículas puntiformes, ou seja, tamanho desprezível; Força de interação nula, as partículas devem estar bem afastadas; Interação durante a colisão, a única força atuante é a da colisão; Colisão perfeitamente elástica, ou seja, não tem dissipação de energia.

5 VARIÁVEIS DE UM GÁS As três grandezas físicas envolvidas num gás são:
Volume, Pressão, Temperatura. Existe uma dependência entre estas três variáveis em um gás. Assim sendo, vamos considerar um gás perfeito para o nosso estudo.

6 VARIÁVEIS DE UM GÁS Volume
O volume de um gás é o volume do recipiente que o contém, ou seja, as partículas de um gás ocupam toda a superfície interna do recipiente em questão. 1 m3 = 1000 L

7 VARIÁVEIS DE UM GÁS Pressão
A pressão é definida como a razão de uma força atuante perpendicularmente à uma superfície e a área dessa superfície. A pressão de uma gás se deve ao choque de suas partículas contra a parede do recipiente. 1 atm = 760 mmHg = 105 Pa

8 VARIÁVEIS DE UM GÁS Temperatura
A temperatura nada mais é do que o estado de agitação da suas partículas.

9 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Diz-se que um gás sofre transformação de estado quando pelo menos uma de suas grandezas sofre alteração. Assim para uma determinada porção de gás ideal contida em um recipiente, quando uma variável de estado varia pelo menos uma outra tem que variar. Entre as transformações de um gás se destacam as transformações: Isotérmica; Isobárica; Isovolumétrica (Isocórica ou Isométrica).

10 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isotérmica Uma transformação é isotérmica quando a temperatura permanece constante. Assim, a pressão do gás varia de forma inversamente proporcional ao volume ocupado pelo gás. P . V = Constante P1 . V1 = P2 . V2

11 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isotérmica

12 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isobárica Uma transformação é isobárica quando a pressão permanece constante. Nesse caso, o volume do gás varia de forma diretamente proporcional à temperatura. 𝑉 𝑇 =𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑉1 𝑇1 = 𝑉2 𝑇2

13 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isobárica

14 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isovolumétrica (Isométrica ou isocórica) Uma equação é isovolumétrica quando o volume permanece constante. Nesse caso, a pressão do gás varia de forma diretamente proporcional à temperatura. 𝑃 𝑇 =𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑃1 𝑇1 = 𝑃2 𝑇2

15 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Isovolumétrica (Isométrica ou isocórica)

16 TRANSFORMAÇÃO DOS GASES
Agora, quando todas as grandezas variam simultaneamente temos uma equação conhecida como lei geral dos gases. 𝑃.𝑉 𝑇 =𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑃1.𝑉1 𝑇1 = 𝑃2.𝑉2 𝑇2

17 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Como dito anteriormente, as grandezas de um gás, volume, pressão e temperatura estão relacionadas. O engenheiro e físico francês Benoît Paul-Emile Clapeyron ( ) estudando as bases da termodinâmica chegou à uma importante equação válida para os gases ideais. Ele sabia que 𝑃.𝑉 𝑇 =𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 e observou que essa constante era válida para uma mesma massa gasosa.

18 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 𝑃.𝑉 𝑇 =𝑛.𝑅
Assim, toda vez que a quantidade de matéria mudava, a constante também mudava. Dessa forma a constante estava totalmente associada à quantidade de matéria que compõe um gás. Ele concluiu então que a equação com a constante poderia ser escrita da seguinte forma: 𝑃.𝑉 𝑇 =𝑛.𝑅

19 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 𝑃.𝑉=𝑛.𝑅.𝑇
Dessa forma, rearranjando-se a equação anterior chegamos à equação de Clapeyron para os gases ideais. 𝑃.𝑉=𝑛.𝑅.𝑇 Onde: P – Pressão V – Volume n – Quantidade de matéria (n = m/M) R – Constante universal dos gases (R= 0,082 atm.L /mol.K ou 8,31 J/ mol .K) T - Temperatura

20 DIAGRAMA DE FASES O diagrama de fases de uma substância consiste na curva que relaciona as grandezas pressão e temperatura. Dependendo da substância, para uma determinada pressão e temperatura esta pode se encontrar nas fases sólida, líquida e gasosa. Assim sendo, cada substância terá valores específicos para o seu diagrama.

21 DIAGRAMA DE FASES

22 DIAGRAMA DE FASES Curva A: Faz a separação das fases sólidas e vapor, ou seja é a curva de sublimação. Curva B: Faz a separação das fases líquida e vapor, ou seja, é a curva de vaporização ou condensação. Curva C: Faz a separação das fases sólida e líquida, ou seja, é a curva de solidificação ou fusão. Pt : É um ponto importante no gráfico chamado de ponto tríplice (Pt), onde nesse ponto a substância pode ser encontrada nas 3 fases da matéria (sólido, líquido, vapor).

23 DIAGRAMA DE FASES Nota-se também que no gráfico existe uma temperatura (Tc), que chamamos de temperatura crítica. Nota-se que abaixo dessa temperatura a substância pode existir nas fases sólida, líquida e vapor, acima dessa temperatura não importa a pressão que a substância esteja ela não pode mais ser encontrada na nestas fases. Dessa forma, podemos diferenciar gás de vapor: Gás: É a fase gasosa onde a substância encontra-se acima da temperatura crítica, uma variação de pressão não irá mudar a fases da substância. Vapor: É fase gasosa onde a substância encontra-se abaixo da temperatura crítica, uma variação de pressão muda a fase desta substância.

24 DIAGRAMA DE FASES Exceções
Algumas substâncias apresentam uma pequena diferença do diagrama visto anteriormente, são elas : água, ferro, bismuto, antimônio e prata.

25 DIAGRAMA DE FASES As diferenças são basicamente a curva C.
Nas exceções uma variação de pressão pode mudar a fase da substância quando comparado com o diagramas das “Não exceções”. As exceções tem seus volumes diminuídos na fusão.

26 EXEMPLOS 1) Determine o número de mols de um gás que ocupa volume de 90 L. Este gás esta a uma pressão de 2 atm e a uma temperatura de 100 K (Dado R = 0,082 atm . L/ mol . K) Resposta : 21, 95 mol

27 EXEMPLOS 2) (Mackenzie-SP) certa massa de um gás ideal sofre uma transformação na qual sua temperatura em graus Celsius é duplicada, a sua pressão é triplicada e seu volume é reduzido a metade. A temperatura do gás em seu estado inicial era de: 127 K 227 K 273 K 546 K 818 K Resposta : D