Apresentação do PowerPoint - Sistema de Ensino Energia
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ESTUDOS DOS GASES ⇒ O QUE É UM GÁS??? * Um dos estados físicos da matéria, com mais energia. * Não possui forma nem volume definido. * Apresenta uma estrutura desorganizada. * É considerado um fluido por suas propriedades de compressibilidade e expansibilidade. Profº Profº Pinho Pinho GÁS IDEAL OU PERFEITO MODELO DO GÁS IDEAL I – O gás é constituído de um número muito elevado de moléculas que tem dimensões desprezíveis quando comparado com o espaço vazio entre elas. II – As moléculas de um gás estão sempre em constante movimento em todas as direções. III – As moléculas do gás se chocam entre si e com as paredes do recipiente que as contêm. As forças de interação entre as elas são de curto alcance, ocorrendo somente durante as colisões. IV – Os choques que ocorrem entre as próprias moléculas e entre as elas e as paredes que contém o gás são perfeitamente elásticas e de duração desprezível. V - As moléculas são consideradas como pequenas esferas em sua forma, pois se pretende analisar somente o movimento de translação e a energia associada a ele, desprezando-se os movimentos de rotação e as energias a este associada. Profº Profº Pinho Pinho Um Um gás gás ideal ideal independente independente da da pressão pressão ee da da temperatura, temperatura, na na qual qual está está submetido, submetido, não não sofre sofre mudança na fase fase mudança de de fase, fase, permanecendo permanecendo sempre sempre na gasosa. gasosa. OBSERVAÇÃO! Um gás real, em determinadas condições de temperatura e pressão pode ter seu comportamento aproximado de um gás ideal. Para altas temperaturas e baixas pressões o gás real se comporta aproximadamente de um gás ideal. Profº Profº Pinho Pinho TEORIA CINÉTICA DOS GASES ⇒ Variáveis de Estado •Temperatura (T) -sempre em Kelvin (TK = Tc+273) •Volume (V) - em litros ou m3 •Pressão (p) - em atmosferas ou pascal Profº Profº Pinho Pinho PRESSÃO (p) r F p= A ⇒ ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩ p = pressão F = força A = área Área Força Profº Profº Pinho Pinho EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Relaciona as variáveis de um mesmo estado do gás p.V αn T p.V = n.R T ⇒ ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪⎩ p = pressão V = volume T = temperatura n = nº de mols p.V = n.R.T Onde: R ⇒ constante Universal dos Gases R = 0,082 atm.L/mol.K Profº Profº Pinho Pinho Transformações Gasosas ESTADO 1 ESTADO 2 p1, V1, T1, n1 p2, V2, T2, n2 p1.V1 = n1.R.T1 p 2 .V2 = n 2 .R.T2 Profº Profº Pinho Pinho quando n1= n2 ESTADO 1 p1.V1 = n1.R T1 ESTADO 2 p 2 .V2 = n 2 .R T2 p1.V1 p 2 .V2 = T1 T2 Equação Geral dos Gases Perfeitos Profº Profº Pinho Pinho Transformações Particulares I- Transformação Isotérmica (temperatura permanece constante) p1.V1 p 2 .V2 = T1 T2 p1.V1 = p 2 .V2 Profº Profº Pinho Pinho Hipérbole (isoterma) T1 β p= V p1.V1 = p 2 .V2 = p3 .V3 T2 T1 = T2 = T3 T3 Profº Profº Pinho Pinho p1.V < p 2 .V < p3 .V T1 < T2 < T3 T3 T2 T1 V Profº Profº Pinho Pinho II- Transformação Isobárica (pressão permanece constante) p1.V1 p 2 .V2 = T1 T2 V1 V2 = T1 T2 Profº Profº Pinho Pinho V = β.T V1 V2 V3 = = T1 T2 T3 1 1 1 = = p1 p 2 p3 Profº Profº Pinho Pinho III- Transformação Isocórica, isométrica, isovolumétrica (volume permanece constante) p1.V1 p 2 .V2 = T1 T2 p1 p 2 = T1 T2 Profº Profº Pinho Pinho p = β.T p p1 p 2 p3 = = T1 T2 T3 p2 1 1 1 = = V1 V2 V3 p1 T(K) Profº Profº Pinho Pinho TERMODINÂMICA Profº Profº Pinho Pinho Trabalho associado a um gás r r τ = F⋅d τ = p.∆V pressão constante Profº Profº Pinho Pinho ∆V (+) ⇒ τ (+) ⇒ o gás realizou trabalho sobre a vizinhança – o gás sofreu uma expansão τ (+) ⇒ o gás perde energia para a vizinhança ∆V (-) ⇒ τ (-) ⇒ o gás recebeu trabalho da vizinhança – o gás sofreu uma contração τ (-) ⇒ o gás ganha energia da vizinhança ∆V = 0 ⇒ τ = 0 ⇒ o gás não recebeu e nem realizou trabalho – volume constante τ = 0 ⇒ o gás não perde e não ganha energia na forma de trabalho Profº Profº Pinho Pinho 2 Pressão (N/m ) Trabalho com pressão variável Área = Trabalho 3 Volume (m ) N Área = Trabalho Profº Profº Pinho Pinho Q(+ ) Q(−) I U1 ∆U III U2 SISTEMA TERMODINÂMICO τ (−) II Vizinhança IV ∆U = Q − τ τ (+ ) 1ª LEI DA TERMODINÂMICA Profº Profº Pinho Pinho ∆T (+) (aquecimento) ∆U (+) (a energia interna aumenta) ∆T (-) (resfriamento) ∆U (-) (a energia interna diminui) ∆T = 0 (temperatura não varia) ∆U = 0 (a energia interna não varia) Profº Profº Pinho Pinho APLICAÇÃO DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA NAS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA T1 = T2 ⇒ U1 = U 2 ∆U = 0 Q=τ ⎧ ⎧ Q(+) ganha energia % isotérmica (∆V(+)) ⇒ ⎨ ⎪ expansao ⎪ ⎩τ (+) gasta energia ⎨ ⎧ Q(-) cede energia ⎪ compressao % isotérmica (∆V(-)) ⇒ ⎨ ⎪ ⎩τ (-) ganha energia ⎩ Profº Profº Pinho Pinho TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA ∆U = Q − τ ∆U = Q − p.∆V Numa transformação isobárica a quantidade de calor trocado com a vizinhança é maior que o trabalho associado a transformação. % isobárica (∆V(+)) ⇒ ∆U(+) expansao Q(+) ganha energia > τ (+) gasta energia % isobárica (∆V(-)) ⇒ ∆U(-) contraçao Q(-) cede energia > τ (-) ganha energia Profº Profº Pinho Pinho TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA V1 = V2 ⇒ ∆V = 0 ∆U = Q ⎧ ∆p(+) ⇒ ∆U(+) ⇔ Q(+) ganha energia ⎨ ⎩ ∆p(-) ⇒ ∆U(-) ⇔ Q(-) cede energia Profº Profº Pinho Pinho TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA Q=0 ∆U = − τ ⎧τ (+) gasta energia % isotérmica (∆V(+)) ⇒ ⎨ expansao ⎩ ∆U(-) perde energia ⎧τ (-) ganha energia % isotérmica (∆V(-)) ⇒ ⎨ compressao ⎩ ∆U(+) ganha energia Profº Profº Pinho Pinho TRANSFORMAÇÃO CÍCLICA Tinicial = T final ⇒ U inicial = U final ∆U = 0 P(Pa) P(Pa) Q=τ τ (−) = Área τ (+) = Área 3 V(m ) 3 V(m ) Profº Profº Pinho Pinho 2ª LEI DA TERMODINÂMICA TRABALHO ⇔ CALOR τ Fonte quente T1 Q1 Máquina térmica Q2 Fonte fria T2 Profº Profº Pinho Pinho MÁQUINA TÉRMICA QUENTE τ Fonte quente T1 Q1 Máquina térmica CALOR ⇒ TRABALHO Q2 Fonte fria T2 “Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, transforme integralmente todo calor fornecido em trabalho.” “Não existe máquina térmica, que operando em ciclos, tenha um rendimento de 100%.” Profº Profº Pinho Pinho MÁQUINA TÉRMICA FRIA τ Fonte quente T1 Q1 Máquina térmica TRABALHO ⇒ CALOR Q2 Fonte fria T2 “O calor não flui espontaneamente da fonte fria para a fonte quente” Profº Profº Pinho Pinho CICLO DE CARNOT A B D C Profº Profº Pinho Pinho
