Transformações gasosas

As transformações gasosas consistem em submeter uma massa fixa de um gás a diferentes condições enquanto uma grandeza é mantida constante. Os tipos são:

  • Transformação isobárica: mudança com pressão constante;
  • Transformação isotérmica: mudança com temperatura constante;
  • Transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica: mudança com volume constante.

As grandezas físicas associadas aos gases (pressão, temperatura e volume) são denominadas variáveis de estado e uma transformação sofrida por um gás corresponde a variação de pelo menos duas destas grandezas.

O estudo dos gases foi difundido entre os séculos XVII e XIX por meio de cientistas que desenvolveram as leis dos gases. As leis foram obtidas através da manipulação das grandezas associadas e utilizando um modelo teórico chamado de gás perfeito, criado para estudar o comportamento de substâncias no estado gasoso.

Transformação isobárica: o que é, exemplo e gráfico

Na transformação isobárica a pressão da massa fixa de um gás é mantida constante, enquanto temperatura e volume variam.

A pressão é uma grandeza que relaciona a aplicação de uma força em determinada área, matematicamente expressa por:

reto p espaço igual a espaço reto F sobre reto A

Portanto, no estudo dos gases, a pressão de um gás corresponde à força exercida através dos choques das moléculas nas paredes internas do recipiente.

A transformação isobárica foi estudada, de forma independente, pelos cientistas Jacques Charles (1746-1823) e Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850). A partir de suas observações, foi formulada a Lei de Charles Gay-Lussac:

“Quando a pressão de uma massa fixa de gás é constante, seu volume é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.”

Confira a fórmula para a Lei de Charles Gay-Lussac a seguir.

reto V sobre reto T espaço igual a espaço reto K

Onde,

V: volume do gás;
T: temperatura;
K: constante da pressão.

Por exemplo, mantendo a pressão de uma massa de gás constante, ao aumentar ou diminuir a temperatura da amostra, seu volume irá variar na mesma proporção.

A seguir, observe o gráfico da transformação isobárica.

Gráfico para transformação isobárica

O diagrama volume (V) x temperatura (K) para a Lei de Charles Gay-Lussac forma uma reta oblíqua.

Saiba mais sobre a Transformação isobárica.

Transformação isotérmica: o que é, exemplo e gráfico

Na transformação isotérmica a temperatura da massa fixa de um gás é mantida constante, enquanto pressão e volume variam.

A temperatura é a grandeza que mede o grau de agitação das moléculas, ou seja, sua energia cinética.

Este tipo de transformação foi estudado por Robert Boyle (1627-1691), que formulou a lei:

“Quando a temperatura de um gás é constante, a pressão do gás é inversamente proporcional ao seu volume.”

A Lei de Boyle é expressa matematicamente da seguinte forma:

PV espaço igual a espaço reto K com 2 subscrito

Onde,

P: pressão do gás;
V: volume do gás;
K: constante de temperatura.

Por exemplo, se reduzirmos o volume ocupado por um gás em um recipiente, a pressão exercida por suas moléculas dobrará.

Confira a seguir o gráfico da transformação isotérmica.

Gráfico da transformação isotérmica

Observe que o diagrama pressão (p) x volume (V) para a Lei de Boyle forma uma hipérbole. Este gráfico recebe o nome de isoterma.

Saiba mais sobre a Lei de Boyle.

Transformação isovolumétrica: o que é, exemplo e gráfico

Na transformação isovolumétrica, isocórica ou isométrica, o volume de um gás é mantido constante, enquanto pressão e temperatura variam.

O volume de um gás corresponde ao volume do recipiente que ele ocupa, pois as moléculas preenchem todo o espaço disponível.

A transformação com o volume constante foi estudada por Jacques Charles (1746-1823), que postulou o que veio a ser conhecido como Lei de Charles:

“Quando o volume de um gás é mantido constante, sua pressão varia na mesma proporção que a temperatura da amostra.”

O enunciado da Lei de Charles é matematicamente expresso por:

reto P sobre reto T espaço igual a espaço reto K com 3 subscrito

Onde,

P: pressão do gás;
T: temperatura do gás;
K: constante de volume.

Por exemplo, ao dobrar a temperatura de determinado volume de gás, a pressão que o gás exerce nas paredes do recipiente também dobra.

Confira o gráfico da transformação isovolumétrica.

Gráfico da transformação isovolumétrica (isocórica ou isométrica)

O diagrama pressão (P) x temperatura (V) de uma transformação com volume constante é uma reta oblíqua.

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Referências Bibliográficas

ÇENGEL, Y.A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7 ed. Porto Alegre : AMGH, 2013.

HELOU; GUALTER; NEWTON. Tópicos de Física, vol. 2. São Paulo: Editora Saraiva, 2007.