Comportamento dos Gases
Como funciona o Comportamento dos Gases
Comportamento dos gases é uma sequência do estudo da dilatação. Porém, até o momento, observamos que a temperatura influenciará diretamente no tamanho de um objeto por meio da dilatação.
Com os gases, não seria diferente. À medida que um gás aquece, ele se expande, assim como os sólidos e os líquidos. Porém, existe uma terceira grandeza no estudo do comportamento dos gases.
Vinculado a Temperatura e ao Volume, com os gases temos também a Pressão, onde essa 3 grandezas vão influenciar uma nas outras.
Essa relação é descrita pela seguinte expressão.
\[\frac{P_0 V_0}{T_0} = \frac{P_f V_f}{T_f}\]
Onde:
P0 = Pressão Inicial
V0 = Volume Inicial
T0 = Temperatura Inicial
Pf = Pressão Final
Vf = Volume Final
Tf = Temperatura Final
Duas coisas importantes devem ser observadas na expressão acima.
Primeiramente é que os gases não possuem coeficiente de dilatação como os líquidos e os sólidos.
A outra coisa que deve ser observada é que a expressão acima não pode ser resolvida. Isso porque ela apresenta 3 variáveis. distintas. Portanto, não temos como determinar como cada variável vai ser alterada quando uma delas se alterar.
Em outras palavras, sabemos que o aumento da temperatura gera um aumento de volume, porém, agora que temos a presença da pressão, aumentar a temperatura pode não resultar em um aumento do volume e sim no aumento da pressão. Em uma ocasião pior, podemos ter uma situação onde o aumento da temperatura resulta em um aumento parcial do volume juntamente com um aumento parcial da pressão.
Quando se trata de gases, existem 3 tipos de sistemas, que são situações específicas no comportamento dos gases.
Para utilizarmos a expressão que nos permite determinar o comportamento dos gases, precisamos considerar um dos 3 tipos de sistemas. Isto porque, cada um dos sistemas nos permitirá eliminar uma das grandezas na expressão do comportamento dos gases. Assim restará apenas duas, onde uma influenciará na outra diretamente.
Sistemas Isotérmicos
São aqueles onde a temperatura de um gás permanece constante enquanto o volume e a pressão são alterados.
Nesse sistema teremos a seguinte expressão:
\[P_0 V_0 = P_f V_f\]
Note que é a mesma expressão que a anterior, só que sem a presença da temperatura. Uma vez que a temperatura não se altera, temos T0 = Tf, o que nos permite cortar ambos os termos.
Um exemplo para este caso, quando pressionamos uma seringa impedindo que o ar dentro dela saia. À medida que o volume no interior da seringa diminui, a pressão aumenta.
Sistemas Isobáricos
São sistemas onde a pressão externa do gás não se altera (PRESSÃO CONSTANTE). Esse tipo de sistema é o mais comum, pois equivale a um sistema aberto.
Um recipiente aberto está sobre a pressão atmosférica, onde qualquer transformação em seu volume e temperatura, equivale a uma transformação isobárica.
Para esse tipo de sistema, nós temos a seguinte expressão:
\[\frac{V_0}{T_0} = \frac{V_f}{T_f}\]
Observe que, na expressão acima, o que nos falta agora é a pressão, visto que nas transformações isobáricas temos P0 = Pf.
Sistemas Isovolumétricos
São sistemas onde o volume do gás é travado, isto é, constante. Esse tipo de sistema resulta em uma interação direta entre a Pressão e a Temperatura.
Observe que as expressões de todos os sistemas derivam da expressão geral.
Na prática, não utilizamos a expressão geral para fazer conta, mas decorá-la já é uma ótima opção, para não precisar decorar a expressão de cada sistema.
O melhor exemplo de transformação Isovolumétrica é a Panela de Pressão. A gás da panela tem a sua temperatura elevada, resultando no aumento da pressão do gás em seu interior.
Como o gás tem seu tamanho limitado pela panela, isso resulta em um sistema isovolumétrico.
A expressão que descreve esse sistema será:
\[\frac{P_0}{T_0} = \frac{P_f}{T_f}\]
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