1. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA
Na ilustração abaixo, um balão de aniversário é aquecido através da chama de uma vela. A maioria das pessoas acha que a temperatura do ar (gás) no interior do balão aumenta. Mas isso pode não acontecer! É possível aquecer um gás e a sua temperatura permanecer constante.

Considere um gás que recebe 100 J de energia de uma fonte quente. O gás gasta toda essa energia para empurrar um êmbolo (expande).
Não sobra nenhuma energia para que o gás armazene sobre forma de energia interna (ΔU = 0). Portanto, se não há variação da energia interna, a temperatura do gás não muda.
\( \Delta U = 0 \)
Aplicando esse resultado na primeira lei da Termodinâmica (Q = W + ΔU),
\(Q = W + 0\)
\(Q = W\)
O resultado acima possui duas interpretações:
- O gás recebe energia térmica de uma fonte exterior (Q > 0) e o trabalho também é positivo (W > 0), ou seja, o gás utiliza toda a energia térmica recebida para empurrar o êmbolo para fora (expandir).
- O gás é comprimido pelo meio exterior (W < 0) e o seu volume diminui, a quantidade de calor também é negativa (Q < 0). O gás cedeu energia para o exterior após receber a mesma energia na forma de trabalho.


2. TRANSFORMAÇÃO ISOMÉTRICA
Um gás pode estar confinado em um recipiente de paredes indeformáveis ou o volume final ser igual ao volume inicial. Neste caso, o gás não gasta energia para expandir nem recebe energia na forma de trabalho do exterior (comprimir).
\(W = 0\)
Aplicando esse resultado na primeira lei da Termodinâmica (Q = W + ΔU),
\(Q = 0 + \Delta U\)
\(Q = \Delta U\)
O resultado acima possui duas interpretações:
- O gás recebe energia térmica do exterior (Q > 0) e a variação da energia interna é positiva (ΔU > 0), ou seja, o gás utiliza toda a energia recebida para aumentar sua temperatura.
- O gás cede energia térmica para o exterior (Q < 0) e a variação da energia interna é negativa (ΔU < 0), ou seja, a energia cedida pelo gás para o exterior diminui a sua energia interna e a temperatura.


3. TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA
Uma transformação adiabática ocorre quando não há troca de calor entre o gás e o exterior, ou seja, Q = 0.
\(Q = 0\)
Aplicando esse resultado na primeira lei da Termodinâmica (Q = W + ΔU),
\(0 = W + \Delta U\)
\( W =- \Delta U\)
ou
\( -W = \Delta U\)
Repare que os sinais das duas grandezas são contrários.
O resultado acima possui duas interpretações:
- No primeiro caso, o gás expande (W > 0) às custas da diminuição da sua própria energia interna (ΔU < 0). O gás não recebe energia externa na forma de calor (Q = 0), portanto, ele precisa gastar da sua própria energia interna para empurrar o êmbolo para fora e expandir.
- No segundo caso, o gás é comprimido (W < 0) e recebe energia do exterior na forma de trabalho. Essa energia é armazenada na forma de energia interna (ΔU > 0 – a temperatura do gás aumenta).


4. TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA
Nas três transformações anteriores, pelo menos uma das três grandezas da primeira lei da Termodinâmica se anula: ΔU na isotérmica; W na isovolumétrica e Q na adiabática.
Na transformação isobárica, nenhuma das grandezas presentes na primeira lei da Termodinâmica se anula, ou seja, o gás pode receber (Q > 0) ou ceder calor (Q < 0) para o exterior, expandir (W > 0) ou contrair (W < 0) e aumentar (ΔU > 0) ou diminuir a sua temperatura (ΔU < 0).
\( Q = W + \Delta U\)
Pegadinha do Malandro: essa transformação pouco aparece nos exercícios.
4.1 Equação de Poisson
A expressão abaixo, conhecida como equação de Poisson, é válida apenas nos processos adiabáticos.
\(P{V^\gamma } = const\)
γ (expoente de Poisson) é a razão entre os calores específicos a pressão e volume constante
\(\gamma = \frac{{{c_P}}}{{{c_V}}}\)
O expoente de Poisson assume os valores aproximados para cada tipo de gás.
- gás monoatômico – γ ≅ 1,7
- gás diatômico – γ ≅ 1,4
- gás poliatômico – γ ≅ 1,3
Na transformação adiabática, o gráfico é uma curva semelhante ao que ocorre na transformação isotérmica.
Observe o gráfico p x V abaixo. Todos os pontos localizados na isoterma 1 possuem o mesmo valor de temperatura. O mesmo ocorre na isoterma 2, porém a temperatura nesta isoterma é maior do que na primeira. A curva em vermelho representa a transformação adiabática, onde o volume, a pressão e a temperatura mudam.
