Lei de Boyle

1 Introdução 

 

Gases são fluidos que apresentam baixa interação entre suas moléculas. Apresentam a forma e o volume do recipiente que os contém. O comportamento dos gases reais aproxima-se, em certas condições, do comportamento dos gases ideais, obedecendo à lei dos gases (relação entre pressão, volume e temperatura).1 

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Para um gás ideal, admitimos que as moléculas se movem desordenadamente, havendo, a cada instante, um grande número de moléculas se movendo em todas as direções.  

As moléculas de um gás ideal não devem exercer ação mútua, a não ser durante as eventuais colisões. As moléculas se chocam elasticamente com as paredes do recipiente e também umas com as outras. E, por fim, para que o gás possa ser dito ideal, ele deve possuir pressão baixa, as partículas devem estar mais afastadas umas das outras, e a temperatura deve ser alta, fazendo com que as partículas vibrem com mais energia.  

A Lei dos Gases, foram criadas por físico-químicos entre os séculos XVII e XIX. As três leis dos gases são denominadas: Lei de Boyle (transformação isotérmica), Lei de Gay-Lussac (transformação isobárica) e a Lei de Charles (transformação isométrica).2  

  

A lei de Boyle é um caso especial da lei dos gases ideais. Refere-se a um gás contido num sistema fechado,3 recordemos que um sistema fechado é aquele que permite troca de calor com o meio externo, porém não permite a passagem de matéria. Quando pressionado o gás, seu volume diminui inversamente à pressão sobre o mesmo. Este processo acontece lentamente, de modo que o tempo gasto em cada variação infinitesimal de volume seja suficiente para que o sistema entre em equilíbrio térmico com o meio externo. Isto é, o tempo é suficiente para que o gás entre em equilíbrio térmico com o meio externo3. A lei de Boyle pode ser enunciada da seguinte forma:4   

Para uma dada massa de gás mantida a uma temperatura constante, a pressão e o volume são inversamente proporcionais.  

Lei de Gay-Lussac, proposta pelo físico e químico francês, apresenta a transformação isobárica dos gases, ou seja, quando a pressão do gás é constante, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais, expressa pela fórmula:7 

 

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A Lei de Charles, proposta pelo físico e químico francês Jacques Alexandre Cesar Charles (1746-1823), apresenta a transformação isométrica ou isocórica dos gases perfeitos, ou seja, o volume do gás é constante, enquanto a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais.8 

A Equação de Clapeyron foi formulada pelo físico-químico francês Benoit Paul Émile Clapeyron (1799-1864). Essa equação consiste na união das três leis dos gases, na qual relaciona as propriedades dos gases dentre: volume, pressão e temperatura absoluta.5 

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2 Objetivo  
  
Analisar as relações de Boyle e Charles-Gay-Lussac considerando o ar como gás ideal.  
  
3 Material  
  
Material: Tubo de vidro de seção constante fechado em uma das extremidades, envolto em manga também de vidro com canais de entrada e saída de água, termostato, termômetro, tubo de borracha resistente, tubo de vidro com extremidades alargada em funil, escalas verticais, suporte, mercúrio, barômetro.  

4 Procedimento  
  
4.1 Leu-se a pressão atmosférica no barômetro do laboratório.  
  
4.2 Colocou-se a água em circulação no equipamento à temperatura ambiente.  
  
4.3 Mediu-se a temperatura do banho após estabilizada.  
  
4.4 Ajustou-se o nível de mercúrio em ambos os tubos para que hc = hb, variando a altura do tubo graduado; marcou-se os valores de  hc e hb em relação ao zero (topo do condensador).  
  
4.5 Determinou-se o volume (V) do gás utilizando o valor do diâmetro do tubo do condensador obtido na prática.  
  

4.6 Variou-se as alturas das colunas de mercúrio alterando a altura do tubo graduado (para baixo e para cima). Anotou-se os novos valores de  hc e hb. Calcule os valores de V e p do gás para cada par de valores  hc - hb.  
  
4.7 Repetiu-se os procedimentos (4.3 à 4.6) para as temperaturas de 28, 14 e 47°C. Mediu-se  hc e hb como a distância da superfície do líquido ao ponto de zero (topo do condensador). 

 

5 Resultados 

5.1 Quadros: 

Quadro 1 

T1= 28°C	hc/ cm	hb/ dm	p / mmHg	V / cm3	p.V / J
1 (h=L)	19	0	692	22,04	2033,28
2	16	162	854	18,56	2113,08
3	16,4	95	787	19,024	1995,48
4	21,8	-128	564	25,32	1903,81
5	20,5	-60	632	23,78	2003,59