Aula 07

FÍSICA
2° ANO
ENSINO MÉDIO
PROF. NELSON BEZERRA
PROF. JEAN CAVALCANTE
CONTEÚDOS E HABILIDADES
Unidade II
Vida e Ambiente
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Aula 7.1
Conteúdos
•• Sistema termodinâmico e transformações
termodinâmicas no cotidiano e Estudo dos gases II:
Gráficos das transformações gasosas: isotérmica,
isovolumétrica e trabalho termodinâmico.
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Habilidades
Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando
a qualidade da vida humana ou medidas de conservação,
recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade
envolvida nos fenômenos dos gases.
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REVISÃO
Em nossa aula anterior vimos o comportamento dos gases,
suas variáveis de estado e as transformações gasosas mais
importantes:
•• Isotérmica
•• Isobárica
•• Isovolumétrica
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REVISÃO
Cada uma delas relacionadas a um comportamento
com características próprias e também vimos as leis
matemáticas que regem cada transformação mencionada
acima e seus respectivos exemplos. Na aula de hoje
iremos nos aprofundar mais no estudo da termodinâmica
explorando com mais detalhes as transformações
gasosas, inclusive com seu comportamento gráfico e,
o mais importante, o trabalho que uma transformação
termodinâmica pode fazer, boa aula!
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DESAFIO DO DIA
Qual a variável de estado que está diretamente ligada
ao trabalho realizado ou recebido pelo gás numa
transformação termodinâmica?
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AULA
Gráfico da transformação isotérmica
Quando um gás perfeito sofre uma transformação em que
sua temperatura permanece constante, então dizemos que
ele sofreu uma transformação isotérmica.
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AULA
Gráfico da transformação
isotérmica
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AULA
Em 1960 o físico Robert Boyle (1627-1691) realizou uma
série de experiências submetendo uma mesma massa de
gás, mantida a temperatura constante, a diversos valores
de pressão. A cada valor de pressão aplicado, Boyle mediu
o volume ocupado pela massa gasosa que estava contida
num cilindro.
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AULA
Boyle concluiu que, numa transformação isotérmica, a
pressão e o volume são inversamente proporcionais:
Pi . Vi = Pf . Vf
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AULA
Podemos representar graficamente por:
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AULA
•• A área compreendida abaixo da curva representa
numericamente o trabalho termodinâmico (ω);
•• Se o volume aumenta o trabalho é positivo (realizado pelo
gás);
•• Se o volume diminuir o trabalho é negativo (recebido pelo
gás).
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AULA
Exemplo resolvido
Uma certa massa de gás perfeito encontra-se a uma
temperatura de 300 K, pressão de 5 atm e volume de 10
litros. O gás sofre uma expansão isotérmica aumentando
seu volume para 15 litros, conforme o gráfico abaixo.
Determine sua pressão final e o trabalho termodinâmico
sabendo que a área compreendida abaixo da curva vale 42
unidades.
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AULA
Exemplo resolvido
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AULA
Solução:
O trabalho é numericamente igual à área do gráfico,
portanto o trabalho vale 42 J.
Esse trabalho é positivo pois o volume aumentou.
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AULA
Gráfico da transformação isovolumétrica, isocórica ou
isométrica.
Quando um gás perfeito sofre uma transformação em que
seu volume permanece constante, então dizemos que ele
sofreu uma transformação isovolumétrica.
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AULA
Em 1787, o físico francês Jacques Alexandre Cesar Charles
forneceu calor a uma determinada massa gasosa mantida
a volume constante e pôde verificar que a pressão exercida
pelo gás variava linearmente com a temperatura.
Pf
Pi
=
Tf
Ti
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AULA
Conceitos de calor e
temperatura
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AULA
Graficamente, podemos representar a transformação
isovolumétrica por:
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AULA
Observe que:
•• Pressão e temperatura absoluta são diretamente
proporcionais.
•• Como não há variação de volume o trabalho
termodinâmico é nulo.
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AULA
Exemplo resolvido
Uma determinada massa de gás perfeito está contida em
um recipiente indilatável com uma pressão de 2,0 atm e
uma temperatura de 300 K. O gás recebe calor de uma
fonte térmica e sofre uma transformação, aumentando
sua temperatura para 600 K, como é mostrado no gráfico
abaixo. Determine a pressão do gás após o aumento de sua
temperatura e o trabalho termodinâmico.
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AULA
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AULA
Solução:
Como a transformação é isométrica, o trabalho
termodinâmico é nulo.
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AULA
Transformação isobárica
Nesse tipo de transformação termodinâmica a pressão
do gás permanece constante e o volume é diretamente
proporcional à temperatura absoluta do gás:
Vf
Vi
=
Tf
Ti
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AULA
Nesse caso o trabalho termodinâmico realizado ou recebido
pelo gás pode ser calculado tanto pela área do gráfico:
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AULA
Quanto pela expressão
W = P . ∆V
Onde:
W é o trabalho termodinâmico;
P é a pressão do gás;
∆V é a variação do volume do gás;
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AULA
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AULA
O trabalho, medido em Joules (J), será positivo ou realizado
pelo gás caso o volume aumente e será negativo ou
recebido pelo gás caso o volume diminua.
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AULA
Exemplo:
Certa massa de gás perfeito sofre uma transformação
termodinâmica representada pelo gráfico abaixo. Calcule o
trabalho termodinâmico e diga se o trabalho foi recebido ou
realizado pelo gás.
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AULA
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AULA
Solução:
W = P . ∆V <-> W = 30 . (60 - 20) <-> W = 1200J
O trabalho foi realizado pelo gás pois seu volume aumentou
durante o processo.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
1. O gráfico abaixo representa uma transformação
termodinâmica sofrida por certa massa de gás perfeito.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
Determine:
a) Qual o tipo de transformação sofrida pelo gás?
b) Calcule o valor de V, com os dados fornecidos pelo
gráfico.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
2. Uma certa massa de gás perfeito sofre uma
transformação representada pelo gráfico abaixo.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
Determine:
a) Qual o tipo de transformação sofrida pelo gás?
b) Calcule a temperatura final do gás.
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INTERATIVIDADE
Resolução da DLI:
Transformação isotérmica;
1) Utilizando os dados fornecidos no gráfico temos que:
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INTERATIVIDADE
Resolução da DLI:
Transformação isovolumétrica;
Usando os dados fornecidos pelo gráfico temos que:
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