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TERMODINÂMICA
A Termodinâmica (do grego therme = calor e dynamis = movimento) é o ramo da Física que estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão, empregados em sistemas físicos em escala macroscópica.
De uma forma mais simples, a termodinâmica procura explicar os mecanismos de transferência de energia térmica a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho.
Ela não trabalha com modelos da microestrutura da substância e tampouco é capaz de fornecer detalhes desse tipo de estrutura, mas uma vez que alguns dados sejam conhecidos, algumas propriedades podem ser determinadas.
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Definição
Os gases representam o estado físico da matéria cujos valores de volume, densidade ou forma própria não são definidos.
Apresentam alto grau de desordem causado pelo deslocamento livre das partículas que os constituem (átomos, moléculas ou íons – geralmente moléculas) e são objetos de estudos por possuírem grande aplicabilidade no cotidiano, e por ser a camada material na qual mais mantemos contato, afinal, normalmente todo o nosso corpo fica em contato com gases (ar atmosférico).
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Gás e Vapor
A diferença entre gás e vapor é dada a partir da temperatura crítica.
O vapor é a matéria no estado gasoso, estado esse que pode ser liquefeito com o aumento da pressão.
Com o gás não ocorre o mesmo.
Ele é um fluido impossível de ser liquefeito com um simples aumento de pressão. Isso faz com o gás seja diferente do vapor.
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O estado gasosoPressão (p)Volume (V)Temperatura (T)
A transformação gasosa ocorre quando pelo menos uma das variáveis de estado se modifica.
Variáveis de estado
1 Estudo dos gases
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Estados físicos da matéria
1 Estudo dos gases
Sublimação(sólido emgás ou gásem sólido)
Gás Evaporação(líquido em gás)
Condensação(gás em líquido)
LíquidoSólido
Congelamento(líquido em sólido) Fusão (sólido
ou vidro em líquido)
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Gases reais vs gases ideais Em um gás real, as moléculas não se movimentam de
forma totalmente livre, em razão das forças de interação existentes entre elas.
Em um gás ideal, só há interação entre as moléculas quando elas se chocam.
1 Estudo dos gases
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Transformações gasosas
Isotérmicas: a temperatura do sistema permanece constante.
Isobáricas: a pressão é mantida constante.
Isovolumétricas (isométricas ou isocóricas): o volume permanece constante.
1 Estudo dos gases
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Transformação isotérmica
Lei de Boyle: a pressão exercida por um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume.
p V = constante
Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isotérmica, temos:
pA VA = pB VB
1 Estudo dos gases
DO
RLIN
G K
IND
ERSL
EY/G
ETTY
IMAG
ES
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Transformação isobárica
Experimento de Joseph-Louis Gay-Lussac para transformações a pressão constante
1 Estudo dos gases
DO
RLIN
G K
IND
ERSL
EY/G
ETTY
IMAG
ES
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Transformação isobárica
Lei de Charles e Gay-Lussac: o volume ocupado por um gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins).
V = k T(k = constante)
Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos:
1 Estudo dos gases
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Dilatação dos gases
Diferentemente de líquidos e sólidos, todos os gases têm o mesmo coeficiente de dilatação volumétrica.
1 Estudo dos gases
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Transformação isovolumétrica
1 Estudo dos gases
Tubo de vidro
Manômetro
DO
RLIN
G K
IND
ERSL
EY
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Transformação isovolumétrica
Lei de Charles para transformações a volume constante: a pressão do gás é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta (em kelvins):
p = k T(k = constante)
Considerando o estado inicial A e final B de um gás ideal sofrendo uma transformação isobárica, temos:
1 Estudo dos gases
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Alteração simultânea das três variáveis deestado de um gás
Número de Avogadro: 6,023 1023
Mol: 1 mol contém 6,023 1023 partículas (átomos, moléculas, elétrons etc.)
Massa molar (M): a massa de 1 mol de moléculas, medida em gramas.
Número de mols (n):
2 Equação de um gás ideal
n=mM
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Analisando a densidade e a massa molar
Sob pressão e temperaturas constantes, a densidade d de um gás é uma grandeza diretamente proporcional à massa molar M.
2 Equação de um gás ideal
MB = MA13
mB = mA13
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Analisando as transformações isobáricas
Sob pressão constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza inversamente proporcional à temperatura do sistema.
2 Equação de um gás ideal
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Analisando as transformações isotérmicas
Sob temperatura constante, a densidade de um sistema gasoso é uma grandeza diretamente proporcional à pressão do sistema.
2 Equação de um gás ideal
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Equação de Clapeyron
As variáveis de estado pressão (p), volume (V ) e temperatura (T ) de uma massa de gás ideal contendo n
mols de gás estão relacionadas pela equação de estado dos gases perfeitos (ou ideais):
p V = n R T
2 Equação de um gás ideal