1. TRANSFORMAÇÕES COM MASSA CONSTANTE
Considere um gás confinado em um recipiente com as seguintes condições iniciais: pressão p0, volume V0 e temperatura T0. O gás, então, sofre uma transformação (quando aquecido, por exemplo) e passa a ter um novo valor de pressão PF, volume VF e temperatura TF.
Todas essas grandezas estão relacionadas abaixo.
\(\frac{{{p_0}{V_0}}}{{{T_0}}} = \frac{{pV}}{T}\)
Essa equação nos mostra como as grandezas pressão, volume e temperatura de um gás se relacionam numa transformação gasosa quando a massa do gás permanece constante.
Pegadinha do Malandro: a temperatura deve sempre ser expressa em Kelvin (K = C + 273)!
Pegadinha do Malandro 2: a pressão e o volume podem ser trabalhados fora do Sistema Internacional de Unidades, ou seja, é comum a pressão inicial e final ser expressa em atm e o volume em litros. Isso é possível pois as grandezas aparecem tanto de “um lado da equação” quanto “do outro lado”. Somente a temperatura que não obedece a essa regra, de acordo com a pegadinha acima.
Essa expressão é muito comum tanto em exercícios de Física quanto de Química. É possível provar a fórmula acima (só continue se você quer aprofundar, caso contrário, pule para o próximo tópico!)
2. TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA
A transformação isobárica é uma transformação onde a pressão de um gás permanece constante. Considere o experimento descrito na ilustração abaixo.
Uma bola de aniversário cheia encontra-se em equilíbrio térmico com o ambiente (27 ºC), por exemplo. A bola é introduzida em uma bacia contendo gelo a 0 ºC. A temperatura do gás diminui, assim como o seu volume (a bola murcha).
Agora, retiramos o o balão da bacia com gelo. A temperatura do gás aumenta e o seu volume retorna ao volume original.
Portanto para transformações isobáricas, o volume e a temperatura de um gás são grandezas diretamente proporcionais, pois o aumento na agitação das moléculas (temperatura), acarretam uma ocupação maior do espaço.
A equação abaixo é válida para uma transformação isobárica:
\(\frac{{{V_0}}}{{{T_0}}} = \frac{V}{T}\)
Pegadinha do Malandro: não é preciso decorar a expressão acima, pois ela é derivada da fórmula geral. Basta “cortar” a pressão inicial (p0) e final (p), pois são iguais.
3. TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA (ISOMÉTRICA OU ISOCÓRICA)
A transformação isovolumétrica é uma transformação onde o volume de um gás permanece constante e pode ocorrer de duas formas distintas:
- o gás está confinado em um recipiente com paredes indeformáveis. Um botijão de gás, por exemplo, é feito de metal, e portanto, as suas paredes não podem mudar de forma e o gás não pode expandir nem comprimir.
- o gás está confinado em um recipiente com paredes elásticas. Um balão de festa de aniversário, por exemplo, é feito de borracha, e portanto, o gás pode ocupar um volume maior ou menor. A transformação é isovolumétrica se o volume final e inicial do gás é igual (mesmo que o volume mude durante o processo).
Vamos entender o que ocorre com as moléculas do gás nesta transformação. Em um recipiente fechado, de volume invariável, um gás é aquecido. Ocorre um aumento da temperatura e da agitação das moléculas, que exercem uma força maior quando se chocam com as paredes do recipiente (aumentando a pressão – lembre-se que a pressão é proporcional a força aplicada).
O inverso também ocorre: ao diminuirmos a temperatura do gás no interior do recipiente, as moléculas se tornam mais lentas e exercem uma força menor ao se chocar com as paredes do recipiente (a pressão diminui).
Em uma transformação isovolumétrica, a pressão e a temperatura de um gás são grandezas diretamente proporcionais.
Da equação geral dos gases perfeitos, temos para uma transformação isobárica:
\(\frac{{{p_0}}}{{{T_0}}} = \frac{p}{T}\)
Pegadinha do Malandro: não é preciso decorar a expressão acima, pois ela é derivada da fórmula geral. Basta “cortar” o volume inicial (V0) e final (V), pois são iguais.
4. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA
A transformação isotérmica é uma transformação onde o volume de um gás permanece constante. Estourar uma bola de aniversário é um exemplo desta transformação!
Ao pressionar o balão com as mãos, o volume ocupado pelo gás e o caminho livre médio que as partículas percorrem diminui. Isto aumenta a quantidade de choques das partículas com a parede do balão e consequentemente um aumento da pressão do gás.
O processo inverso também é possível. Para diminuir a pressão de um gás, basta aumentar o volume ocupado por ele.
Em uma transformação isotérmica, a pressão e o volume de um gás são grandezas inversamente proporcionais.
Da equação geral dos gases perfeitos, temos para uma transformação isotérmica:
\({{\rm{p}}_0}{V_0} = pV\)
Pegadinha do Malandro: não é preciso decorar a expressão acima, pois ela é derivada da fórmula geral. Basta “cortar” a temperatura inicial (T0) e final (T), pois são iguais.
5. GRÁFICOS NAS TRANSFORMAÇÕES
Os gráficos V x T, p x T, p x V são instrumentos importantes para ilustrar o comportamento de certas variáveis de estado quando o gás sofre uma transformação. Além disso, é possível prever o que acontecerá com um gás, caso uma de suas variáveis se altere.
Em uma transformação isobárica, o gráfico V x T é uma reta inclinada, pois o volume e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais.
Em uma transformação isovolumétrica, o gráfico p x T é uma reta inclinada, pois a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais.
Em uma transformação isotérmica, o gráfico p x V é uma curva, pois a pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais.
