Transformações Gasosas

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Hoje vamos dar uma olhada em física e nas possíveis transformações gasosas. Uma transformação gasosa é a capacidade que um gás possuí de alterar suas propriedades termodinâmicas sem alterar sua composição.

Pela primeira Lei da Termodinâmica, como sabemos que a energia sempre se transforma, podemos dizer que para um gás ideal:

$$\frac{p.V}{T}=constante$$

Ou seja, a pressão do gás, multiplicado pelo volume que ele ocupa, divido pela sua temperatura, tem que se sempre igual para esse determinado gás, o que nos faz concluir, que alterando um desses valores consequentemente alteramos os outros valores da relação. Podemos concluir também que essa relação de pressão, volume e temperatura tem que iguais em dois momentos quaisquer do gás estudado, assim:

$$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$$

Essa relação é importante para analisarmos as Transformações Gasosas a seguir:

Transformação Isotérmica

Essa transformação é aquela que mantém a temperatura constante, ou seja, somente vamos alterar os valores de pressão e volume, e repare que como esses valores vão se comportar:

Nesse gráfico temos uma linha isoterma desenhada, em qualquer ponto dessa linha o gás vai sempre possuir a mesma temperatura. Temos 3 pontos desenhados no gráfico, vamos selecionar dois deles e verificar se realmente é verdade a relação:

$$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$$

Como sabemos a temperatura é constante, logo podemos cortar ela da nossa equação:

$$T_1=T_2\to p_1{V}_1=p_2{V}_2$$

Vamos observar primeiro o ponto de maior pressão:

$$p_1{V}_1=\mathrm{2,0}\times 2=4atm.l$$

E agora vamos observar o ponto de menor pressão:

$$p_2{V}_2=\mathrm{0,5}\times 8=4atm.l$$

Realmente a teoria está correta, e esse gás se comporta como um gás ideal.

Transformação Isovolumétrica

No caso da isovolumétrica, o volume vai permanecer o mesmo, no inicio e no final da transformação. Em um gráfico de $p\times V$ teríamos o seguinte:

Imaginando que as pressões no ponto 1 e 2, sejam respectivamente $1atm$ e $4atm$, e que a temperatura no ponto 1 vale 30 Kelvin, como poderíamos encontrar a temperatura no ponto 2? Como estamos falando de gases ideais, podemos utilizar a primeira lei da termodinâmica para afirmar:

$$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$$

No caso já sabemos que se trata de uma transformação isovolumétrica, então:

$$V_1=V_2\to \frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$$

Utilizando os dados fornecidos:

$$\frac{1}{30}=\frac{2}{T_2}$$

$$T_2=2\times 30=60Kelvin$$

Dessa forma podemos calcular a temperatura desse gás no ponto 2.

Transformação Isobárica

Nesse caso temos uma transformação onde a pressão é constante, então nosso gráfico teria a forma:

Onde teríamos uma variação de volume e temperatura. Vamos ver um exemplo, imagine que no temos um volume de 30 Litros no ponto 1 a uma temperatura de 20 Kelvin, e no ponto 2 temos uma temperatura de 40 Kelvin. Qual o volume no ponto 2?

Com o mesmo raciocínio anteriormente discutido, podemos afirmar:

$$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$$

Só que nesse caso, a pressão que é constante:

$$p_1=p_2\to \frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}$$

Dessa forma:

$$\frac{30}{20}=\frac{V_2}{40}$$

$$V_2=\frac{30\times 40}{20}=60Litros$$

Os três tipos de transformações apresentadas a cima, são os três tipos mais comuns, e mais perguntadas em provas, mas além delas, nos últimos tempos, tem sido muito falado sobre a transformação adiabática, que é um tipo de transformação onde o gás não troca calor com o meio, e acaba realizando trabalho. Nesse tipo de transformação é importante saber que ela é explicada pela $2\mathrm{ª}$ Lei da Termodinâmica, e o que acontece é que a variação de temperatura é proporcional a variação de energia interna do gás. São expansões muito rápidas, como quando você aperta o desodorante aerossol e ele expele em grande quantidade o gás que está contido dentro da embalagem sobre alta pressão.

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