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O que você deve saber sobre
GASES E TERMODINÂMICA
O modelo do gás ideal foi fundamental no desenvolvimento da física
e da química da primeira metade do século XIX. O estudo das
transformações do calor em trabalho em sistemas gasosos
configurou a termodinâmica clássica. As máquinas térmicas ainda
em uso, como motores a combustão e refrigeradores, usam
variantes do ciclo de Carnot para atingir o máximo rendimento.
I. Gás ideal
 As moléculas não interagem entre si.
 Os choques entre as moléculas e as paredes do recipiente são
perfeitamente elásticos (não há perda de energia).
 As dimensões das moléculas são desprezíveis em comparação
com o volume do recipiente.
 O movimento das moléculas é permanente
e totalmente aleatório.
Estado de um gás: conjunto de diversas variáveis macroscópicas
GASES E TERMODINÂMICA
II. Transformações gasosas particulares
Transformação isotérmica (lei de Boyle-Mariotte)
Diagrama P X V de uma
transformação isotérmica
GASES E TERMODINÂMICA
II. Transformações gasosas particulares
Transformação isobárica (lei de Gay-Lussac)
Diagrama P X V de uma
transformação isobárica
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II. Transformações gasosas particulares
Transformação isovolumétrica (lei de Charles)
Diagrama P X V de uma
transformação isovolumétrica
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III. Lei geral dos gases ideais
Equação de Clapeyron
O quociente P . V é constante e depende apenas de n, o número
T
de mols do gás presente na amostra.
Valores mais usados para a constante universal dos gases ideais R:
R = 0,082 atm . L/mol . K ou R = 8,31 J/mol . K.
GASES E TERMODINÂMICA
IV. Trabalho em transformações gasosas
• Isobárica:
= P . ∆V
• Isovolumétrica:
=0
• Outras: o trabalho é numericamente igual à área sob o diagrama P X V
O trabalho é numericamente igual à área sombreada sob o gráfico.
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IV. Trabalho em transformações gasosas
Sinal do trabalho
• Expansão (∆V > 0):
>0
• Compressão (∆V < 0):
<0
• Ciclos: sentido horário:
> 0;
sentido anti-horário:
<0
Energia interna do gás ideal: depende da variação de temperatura.
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IV. Trabalho em transformações gasosas
SASPARTOUT/SHUTTERSTOCK
Transformação adiabática
A) Diagrama P X V de uma transformação adiabática (linha cheia) comparada com uma isoterma (linha
tracejada); B) A expansão de aerossol, por ser rápida, simula bem esse tipo de transformação.
GASES E TERMODINÂMICA
V. Primeira lei da termodinâmica
É outra forma de escrever o princípio de conservação de energia:
Sinais de ∆U e Q
• Gás recebe calor: Q > 0
• Gás cede calor: Q < 0
• Aquecimento: T > 0  U > 0
• Resfriamento: T < 0  U < 0
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Primeira lei da termodinâmica
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VI. Segunda lei da termodinâmica
É impossível construir um dispositivo que, operando em um ciclo
termodinâmico, converta totalmente o calor recebido em trabalho.
Esquema de máquina térmica. A segunda lei garante que há
perda de calor na realização de trabalho.
GASES E TERMODINÂMICA
VI. Segunda lei da termodinâmica
Rendimento de máquinas térmicas
Nenhuma máquina térmica apresenta 100% de rendimento.
GASES E TERMODINÂMICA
VII. Ciclo de Carnot
Carnot descobriu o ciclo teórico capaz de extrair o máximo rendimento
de uma máquina térmica.
O ciclo de Carnot compreende duas transformações
isotérmicas (linhas azuis) e duas transformações
adiabáticas (linhas vermelhas).
Rendimento do ciclo de Carnot
, em que T é a temperatura em Kelvins.
GASES E TERMODINÂMICA
EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
2
(UFMG)
Um gás ideal, num estado inicial i, pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I, II e III, representados neste
diagrama de pressão versus volume:
Sejam WI, WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados
pelo gás nos processos I, II e III, respectivamente. Com
base nessas informações, é correto afirmar que:
a) WI < WII < WIII.
b) WI = WII = WIII.
c) WI = WII > WIII.
d) WI > WII > WIII.
RESPOSTA: D
Os valores WI, WII e WIII são numericamente iguais às áreas
sob os respectivos diagramas. Por comparação direta na figura
do enunciado, temos WI > WII > WIII.
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Segunda lei da termodinâmica
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
4
(UFRR)
Um mol de gás ideal realiza o processo cíclico ABCD representado a seguir no gráfico de P X V:
O rendimento da máquina que utiliza esse ciclo é de 0,8. O trabalho no ciclo e o calor
fornecido ao gás, em quilojoules, valem respectivamente:
a) 24 e 30.
b) 8 e 10.
c) 54 e 42.
d) 12 e 16.
e) 16 e 20.
RESPOSTA: A
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
5
(UFRGS-RS)
Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q = 100 J e realiza o trabalho W = 70 J. Ao final do processo, podemos afirmar
que a energia interna do gás:
a) aumentou 170 J.
b) aumentou 100 J.
c) aumentou 30 J.
d) diminuiu 70 J.
e) diminuiu 30 J.
RESPOSTA: C
A partir do enunciado, Q = 100 J e W = 70 J. Aplicando a
primeira lei da termodinâmica, temos:
∆U = Q - W = 100 - 70
 ∆U = 30 J.
Como ∆U > 0, pode-se afirmar que a energia interna do gás
aumentou 30 J.
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
10
(Univali-SC)
Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 400 K e 280 K, recebendo 1.200 J de calor da fonte
quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente:
a) 840 e 360.
b) 1.000 e 1.000.
c) 500 e 1.500.
d) 1.400 e 600.
e) 700 e 1.300.
RESPOSTA: A
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EXERCÍCIOS ESSENCIAIS
12
(UPF-RS)
Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente, em temperatura de 227 ºC, e uma fria, em temperatura
de –73 ºC. O rendimento desta máquina, em percentual, é de:
a) 10.
b) 25.
c) 35.
d) 50.
e) 60.
RESPOSTA: E
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