ESTUDOS DOS GASES. * Um dos estados físicos da matéria, com mais energia.

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1 ESTUDOS DOS GASES O QUE É UM GÁS??? * Um dos estados físicos da matéria, com mais energia. * Não possui forma nem volume definido. * Apresenta uma estrutura desorganizada. * É considerado um fluido por suas propriedades de compressibilidade e expansibilidade.

2 GÁS IDEAL OU PERFEITO MODELO DO GÁS IDEAL I O gás é constituído de um número muito elevado de moléculas que tem dimensões desprezíveis quando comparado com o espaço vazio entre elas. II As moléculas de um gás estão sempre em constante movimento em todas as direções. III As moléculas do gás se chocam entre si e com as paredes do recipiente que as contêm. As forças de interação entre as elas são de curto alcance, ocorrendo somente durante as colisões. IV Os choques que ocorrem entre as próprias moléculas e entre as elas e as paredes que contém o gás são perfeitamente elásticas e de duração desprezível. V - As moléculas são consideradas como pequenas esferas em sua forma, pois se pretende analisar somente o movimento de translação e a energia associada a ele, desprezando-se os movimentos de rotação e as energias a este associada.

3 Um gás ideal independente da pressão e da temperatura, na qual está submetido, não sofre mudança de fase, permanecendo sempre na fase gasosa. OBSERVAÇÃO! Um gás real, em determinadas condições de temperatura e pressão pode ter seu comportamento aproximado de um gás ideal. Para altas temperaturas e baixas pressões o gás real se comporta aproximadamente de um gás ideal. Profº Pinho

4 TEORIA CINÉTICA DOS GASES Variáveis de Estado Temperatura (T) -sempre em Kelvin (T K = T c +273) Volume (V) - em litros ou m 3 Pressão (p) - em atmosferas ou pascal Profº Pinho

5 PRESSÃO (p) p = r F A p = pressão F = força A = área Área Força

6 EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Relaciona as variáveis de um mesmo estado do gás p.v T α n p = pressão V = volume T = temperatura n = nº de mols p.v n.r T = p.v = n.r.t Onde: R constante Universal dos Gases R = 0,082 atm.l/mol.k

7 Transformações Gasosas ESTADO 1 ESTADO 2 p 1, V 1, T 1, n 1 p 2, V 2, T 2, n 2 p.v = n.r.t p.v = n.r.t

8 quando n 1 = n 2 ESTADO 1 ESTADO 2 p.v 1 1 T = 1 n.r 1 p.v 2 2 T 2 = n.r 2 p.v p.v T = T 1 2 Equação Geral dos Gases Perfeitos

9 Transformações Particulares I- Transformação Isotérmica (temperatura permanece constante) p.v p.v T = T 1 2 p.v = p.v

10 β Hipérbole (isoterma) p = V T 1 p.v = p.v = p.v T 2 T = T = T T 3

11 p.v < p.v < p.v T < T < T T 3 T 2 V T 1

12 II- Transformação Isobárica (pressão permanece constante) p.v p.v T = T 1 2 V T V 1 2 = T 1 2

13 V = β.t V1 V2 V = = T T T = = p p p

14 III- Transformação Isocórica, isométrica, isovolumétrica (volume permanece constante) p.v p.v T = T 1 2 p T p 1 2 = T 1 2

15 p p = β.t p 2 p1 p2 p = = T T T = = V V V p 1 T(K) Profº Pinho

16 TERMODINÂMICA Profº Pinho

17 Trabalho associado a um gásg τ r r = F d τ = p. V pressão constante

18 V (+) τ(+) o gás realizou trabalho sobre a vizinhança o gás sofreu uma expansão τ (+) o gás perde energia para a vizinhança V (-) τ (-) o gás recebeu trabalho da vizinhança o gás sofreu uma contração τ (-) o gás ganha energia da vizinhança V = 0 τ= 0 o gás não recebeu e nem realizou trabalho volume constante τ = 0 o gás não perde e não ganha energia na forma de trabalho

19 Trabalho com pressão variável Pressão (N/m 2 ) Área = Trabalho Área N = Volume (m 3 ) Trabalho

20 Q ( + ) I U U 1 U 2 III Q( ) SISTEMA TERMODINÂMICO τ( ) II Vizinhança IV τ ( + ) U = Q τ 1ª LEI DA TERMODINÂMICA

21 T (+) (aquecimento) U (+) (a energia interna aumenta) T (-) (resfriamento) U (-) (a energia interna diminui) T = 0 (temperatura não varia) U = 0 (a energia interna não varia)

22 APLICAÇÃO DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA NAS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA T = T U = U U = 0 Q = τ Q(+) ganha energia expansao % isotérmica ( V(+)) τ(+) gasta energia Q(-) cede energia compressao % isotérmica ( V(-)) τ(-) ganha energia Profº Pinho

23 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA U = Q τ U = Q p. V Numa transformação isobárica a quantidade de calor trocado com a vizinhança é maior que o trabalho associado a transformação. expansao % contraçao % isobárica ( V(+)) U(+ ) Q(+) ganha energia > τ(+) gasta energia isobárica ( V(-)) U(-) Q(-) cede energia > τ(-) ganha energia Profº Pinho

24 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA V = V V = U = Q p(+) U(+) Q(+) ganha energia p(-) U(-) Q(-) cede energia

25 TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA Q = 0 U = τ τ(+) gasta energia expansao % isotérmica ( V(+)) U(-) perde energia compressao % isotérmica ( V(-)) τ(-) ganha energia U(+) ganha energia

26 TRANSFORMAÇÃO CÍCLICA T = T U = U inicial final inicial final U = 0 Q = τ P(Pa) P(Pa) τ (+) = Área τ ( ) = Área 3 V(m ) 3 V(m ) Profº Pinho

27 2ª LEI DA TERMODINÂMICA TRABALHO CALOR τ Fonte quente Máquina Fonte fria Q T 1 Q 2 1 térmica T 2

28 MÁQUINA TÉRMICA QUENTE τ CALOR TRABALHO Fonte quente Máquina Fonte fria Q T 1 Q 2 1 térmica T 2 Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, transforme integralmente todo calor fornecido em trabalho. Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, tenha um rendimento de 100%.

29 MÁQUINA TÉRMICA FRIA τ TRABALHO CALOR Fonte quente Máquina Fonte fria Q T 1 Q 2 1 térmica T 2 O calor não flui espontaneamente da fonte fria para a fonte quente

30 CICLO DE CARNOT A B D C