A Termodinâmica

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FÍSICA II – TERMODINÂMICA

PARTE I  - TRABALHO - 1[pic 1] LEI

Calor e termodinâmica - GASES

Alguns conceitos básicos.21/5/2002

[pic 2]

Mol e Massa Molar

Duas amostras de gases diferentes, com massas diferentes mas com o mesmo número de moléculas, têm comportamento aproximadamente igual.

C12 = isótopo 12 do carbono. Padrão de massa atômica.

Definição:  [pic 3]

Contagem do número de objetos microscópicos – Mol

[pic 4]

Número de Avogadro: [pic 5]

Massa molar é a massa de um mol de átomos do elemento.

Exemplo: Alumínio (Al)    [pic 6]

Significado de massa molar: em 27 gramas de alumínio há [pic 7].

Exercício 1

Quantos mol existem em 88 gramas de  [pic 8].

Massas molares:  [pic 9]

 [pic 10]

GASES

1 - Os gases são sujeitos a grandes variações de volume devido à variação de pressão e/ou temperatura.

 

2 - A massa específica dos gases é muito menor que as dos líquidos por isso consideramos que a pressão de um gás contido num recipiente pequeno é constante em todos os pontos no interior do recipiente e independente da diferença de altura entre estes dois pontos.

Num recipiente pequeno:  

 [pic 11]

Gás ideal – teoria cinética

1. as moléculas de um gás ideal movem-se desordenadamente com diferentes velocidades mas podemos considerar que elas movem-se com a mesma celeridade;
2. só interagem entre si devido às colisões;
3. os choques entre moléculas são perfeitamente elásticos e conservam  momentum e energia;
4. o volume de cada molécula é desprezível em relação ao volume do recipiente;
5. a pressão exercida pelo gás é devido aos choques das moléculas do gás com as paredes do recipiente.

Um gás ideal satisfaz a equação de Clapeyron:

        [pic 12]

Estado normal de um gás:

 [pic 13]

 

Exercícios:

1. Num recipiente de 24,6 litros tem-se gás oxigênio a -123˚C, sob uma pressão de 4,0 atm. Determine:

1. o número de mol de moléculas do gás;
2. o número de moléculas do gás;
3. a massa molecular e a massa molar do gás;
4. a massa do gás em gramas.

Solução:

a) [pic 14]

b) [pic 15] 

c) [pic 16]           

d) [pic 17] 

2) Um recipiente fechado, à temperatura de 177˚C, contem 5,0mol de moléculas de um gás ideal que exerce pressão de 3 atm. Se o recipiente for aquecido até a temperatura de 227˚C, qual o número de mol de moléculas que devem escapar do recipiente para que o gás mantenha a mesma pressão?

Solução:

         

Situação inicial: [pic 18]                             

Situação final:      [pic 19]        

         
Como o volume do recipiente é constante e [pic 20], temos

[pic 21]

[pic 22][pic 23]

---

 3) Ao nível do mar, um balão de vidro de 3,0 litros contendo oxigênio a 27˚C, está conectado a um tubo em U. O conjunto é indeformável e o tubo está cheio de mercúrio até a extremidade livre, a qual é mantida aberta. Determine:

1. a pressão no ponto B da figura;

[pic 24]

1. a massa de oxigênio contida no balão de vidro.

[pic 25]

[pic 26]

4) A temperatura do ar num quarto fechado é medida na escala Kelvin. Com auxilio de um aquecedor, a temperatura do ar no interior do quarto sofre um acréscimo de 5%. Devido às frestas das janelas e portas, o processo de aquecimento pode ser considerado isobárico. Calcule a razão [pic 27] entre a massa m’ de ar no quarto depois de aquecido e a massa m de ar presente no quarto antes do aquecimento.

[pic 28]

Igualando as equações obtemos: [pic 29]

EVOLUÇÃO PARTICULAR DE UM GÁS IDEAL

ISOTÉRMICA: é uma evolução onde a temperatura permanece constante, variando a pressão e o volume do gás. Neste caso, [pic 30], e a equação de Clapeyron entre o estado inicial e final da evolução será,

    [pic 31]

indicando que,  pressão e volume são inversamente proporcionais numa evolução isotérmica . Esta é a lei de Boyle para os gases ideais.

ISOBÁRICA: é uma evolução onde a pressão permanece constante, variando a temperatura e o volume do gás. Neste caso, [pic 32], e a equação de Clapeyron  entre o estado inicial e final da evolução será,

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