FÍSICA
CONTEÚDO
E HABILIDADES
AULA
DINÂMICA LOCAL
INTERATIVA
INTERATIVIDADE
FINAL
Unidade II
Termodinâmica e Tecnologia
Aula 7.2
Conteúdo
Sistema termodinâmico e transformações
termodinâmicas no cotidiano
2
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E HABILIDADES
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INTERATIVIDADE
FINAL
Habilidades:
Avaliar propostas de intervenção no ambiente,
considerando a qualidade da vida humana ou medidas de
conservação, recuperação ou utilização sustentável da
biodiversidade envolvida nos fenômenos dos gases.
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FINAL
REVISÃO
O Sistema Termodinâmico pode ser
Aberto, Fechado e Isolado.
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INTERATIVIDADE
FINAL
REVISÃO
Definições dos sistemas termodinâmicos
Aberto: é todo sistema que pode trocar energia e matéria
com o meio externo.
Exemplo: vela acesa (vela em combustão).
Fechado: pode trocar energias, mas não se pode trocar
matéria. Exemplo: lata de refrigerante.
Isolado: é aquele que não pode trocar nem energia nem
matéria com o meio exterior. Exemplo: garrafa térmica.
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INTERATIVIDADE
FINAL
REVISÃO
Transformações termodinâmicas
Transformação Isotérmica
Quando determinada massa de um gás perfeito sofre
uma transformação e, sua pressão é inversamente
proporcional ao volume por ele ocupado (massa e
temperatura se mantêm constantes).
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INTERATIVIDADE
FINAL
REVISÃO
Transformação Isobárica
Quando determinada massa de gás perfeito passa por
uma transformação, seu volume deve variar, mantendose diretamente proporcional à temperatura absoluta
desse gás (a pressão do gás perfeito se mantêm
constante).
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FINAL
REVISÃO
Transformação Isométrica ou Isocórica
Quando determinada massa de gás perfeito sofre uma
transformação, sua pressão mantêm-se diretamente
proporcional à sua temperatura absoluta (o volume de
um gás permanece constante).
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REVISÃO
Adiabática
Sem troca de calor com a vizinhança.
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FINAL
Exercícios de fixação sobre Sistema termodinâmico e
transformações termodinâmicas no cotidiano
Exemplo 1
Em um recipiente indeformável, aprisiona-se certa
massa de gás perfeito a 27°C. Medindo a pressão
exercida pelo gás, obtemos o valor de 90 cmHg.
Se elevarmos a temperatura para 170,6 °F, qual será a
nova pressão do gás?
10
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Resolução
Lei de Charles:
Assim, temos:
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FINAL
𝒑
𝒑=𝑲∙𝑻 →
=𝑲
𝑻
𝒑𝟏 𝒑𝟐
=
𝑻𝟏 𝑻𝟐
Dados: p1 = 90cmHg e T1 =
o
27 C
= 27 + 273 = 300K
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Transformando
temos:
o
170,6 F
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em unidades da escala Kelvin,
𝜽𝑭 − 𝟑𝟐 𝑻𝟐 − 𝟐𝟕𝟑
=
𝟗
𝟓
𝟏𝟕𝟎, 𝟔 − 𝟑𝟐 𝑻𝟐 − 𝟐𝟕𝟑
=
𝟗
𝟓
𝑻𝟐 − 𝟐𝟕𝟑
𝟏𝟓, 𝟒 =
𝟓
𝑻𝟐 = 𝟑𝟓𝟎 𝑲
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FINAL
Substituindo os valores conhecidos na relação, temos:
𝟗𝟎
𝒑𝟐
=
𝟑𝟎𝟎 𝟑𝟓𝟎
𝒑𝟐 = 𝟏𝟎𝟓 𝒄𝒎𝑯𝒈
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FINAL
Exemplo 2
Um cilíndrico metálico de paredes indeformáveis
contém gás ideal a -23 °C. Quando aquecemos
lentamente sistema termodinâmico até 127 °C, uma
válvula deixa escapar gás, a fim de manter a pressão
interna constante durante todo o processo. Determine
a fração do gás inicial que escapa.
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FINAL
Resolução
A Lei de Clapeyron: p ∙ V = n∙ R ∙ T, sendo p ∙ V =
constante, temos:
𝒏𝟏 ∙ 𝑹 ∙ 𝑻𝟏 = 𝒏𝟐 ∙ 𝑹 ∙ 𝑻𝟐
o
o
Dados: T1 = -23 C = 250K e T2 = 127 C = 400K
Substituindo-se:
𝒏𝟏 ∙ 𝟐𝟓𝟎 = 𝒏𝟐 ∙ 𝟒𝟎𝟎
𝒏𝟐 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟓 𝒐𝒖 𝒏𝟐 = 𝟔𝟐, 𝟓% 𝒏𝟏
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Portanto, o gás que escapa representa 37,5% da massa
inicial.
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CONTEÚDO
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Exemplo 3
O diagrama mostra duas
transformações isobáricas
sofridas por uma mesma
amostra de gás perfeito:
Volume (V)
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p2
p1
Temperatura (T)
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FINAL
Com base nesses dados, pode-se afirmar que:
a)
b)
c)
d)
e)
P2 > P1
P2 < P1
P2 = P1
P2 = 2P1
Em um diagrama volume x temperatura absoluta,
não se pode comparar diferentes valores da
pressão.
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Resolução
CONTEÚDO
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FINAL
V
𝑽
𝑻𝒈𝜶 = 𝑲
V
𝑻
Da equação de Clapeyron, temos:
𝒑∙𝑽=𝒏∙𝑹∙𝑻
Assim,
𝑽
𝑹
=𝒏∙ =𝑲
𝑻
𝒑
α
T
T
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FINAL
V
Observamos que, para pressão (p)
maior, temos Tg α menor e,
V
portanto, α menor:
Portanto: P2 < P1 ➔ Letra B
α
T
T
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FINAL
DINÂMICA LOCAL
INTERATIVA
Um gás perfeito tem como
variáveis de estado as grandezas:
pressão (p), volume (V) e
temperatura (T). O diagrama
volume (V) x temperatura (T)
representa as transformações AB
e BC sofridas por determinada
massa de gás perfeito.
V
A
B
C
O
T
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FINAL
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INTERATIVA
AULA
1. Em um diagrama pressão (p) x volume (V), essas
transformações poderiam ser representadas por:
a)
b)
B
p
C
p
B
C
A
A
V
V
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FÍSICA
c)
p
A
d)
C
INTERATIVIDADE
FINAL
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INTERATIVA
AULA
p
e)
C
p
A
B
B
B
A
V
V
C
V
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INTERATIVIDADE
FINAL
2. Um recipiente rígido de 41L de capacidade são
colocados 10 mols de um gás perfeito, à
temperatura de 177 °C. Qual o valor da pressão
exercida por esse gás nas paredes internas do
recipiente?
Dado: constante universal dos gases perfeitos
R = 0,082atm ∙ L/mol ∙ K
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INTERATIVIDADE
FINAL
P
1. No diagrama fornecido,
observamos que a transformação
AB é isométrica (volume constante)
e a temperatura aumenta. Assim,
em outro diagrama pressão x
P
volume, temos:
II) Na transformação BC, a
temperatura permanece constante
(isotérmica) e o volume diminui:
Resposta: Alternativa d.
B
A
V
V
C
B
hipérbole
A
V
V
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INTERATIVIDADE
FINAL
2. A Lei de Clapeyron:
P∙V=n∙R∙T
Substituindo os valores numéricos, vem:
p ∙ 41 = 10 ∙ 0,082 ∙ (177+273)
p = 9,0 atm
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FINAL
RESUMO DO DIA
Sistema Termodinâmico
Certa massa delimitada por uma fronteira.
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
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FINAL
RESUMO DO DIA
Pesos
Êmbolo
Fronteira
do sistema
Gas
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FINAL
RESUMO DO DIA
Processos
Isotérmico
Isobárico
Isovolumétric
o
Adiabático
Durante a transformação
Temperatura T é invariável
Pressão P é invariável
Volume V é constante
É nula a troca de calor Q com a
vizinhança
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FINAL
RESUMO DO DIA
Transformação Isotérmica
Quando determinada massa de um gás perfeito sofre
uma transformação e, sua pressão é inversamente
proporcional ao volume por ele ocupado (massa e
temperatura se mantêm constantes).
pV = K1 , sendo: p = pressão; V = volume e K1 =
constante que depende da massa, da temperatura e da
natureza do gás.
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FINAL
Lei de Boyle
p1V1 = p2V2 = p3V3
T3 > T2 > T1
T3
T2
T1
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INTERATIVIDADE
FINAL
RESUMO DO DIA
Transformação Isobárica
Quando determinada massa de gás perfeito passa por
uma transformação, seu volume deve variar,
mantendo-se diretamente proporcional à temperatura
absoluta desse gás (a pressão do gás perfeito mantêmse constante).
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INTERATIVIDADE
FINAL
RESUMO DO DIA
Lei de Charles e Gay-Lussac
𝑽𝟏 𝑽𝟐 𝑽𝟑
=
=
𝑻𝟏 𝑻𝟐 𝑻𝟑
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INTERATIVIDADE
FINAL
PA > PB > PC
Pc
PB
PA
ϴ (°C)
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FINAL
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INTERATIVA
RESUMO DO DIA
Transformação Isométrica
Quando determinada massa de gás perfeito sofre uma
transformação, sua pressão mantém-se diretamente
proporcional à sua temperatura absoluta (o volume de um
gás permanece constante).
p = K3T
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INTERATIVA
INTERATIVIDADE
FINAL
RESUMO DO DIA
Lei de Charles
𝑷 𝟏 𝑷𝟐 𝑷 𝟑
=
=
𝑻 𝟏 𝑻𝟐 𝑻 𝟑
VA > VB > VC
Vc
VB
VA
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FINAL
RESUMO DO DIA
Equação de Clapeyron
p∙V=n∙R∙T
p = pressão ; V = Volume; n = número de mols; R =
constante universal dos gases perfeitos e seus valores;
T = temperatura
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RESUMO DO DIA
CNTP
Nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP)
p = 1atm
o
T = 0 C = 273K
1 mol de qualquer gás ocupa um volume de 22,4L
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INTERATIVIDADE
FINAL
1. O que é termodinâmica?
2. Quais os sistemas estudados na aula de hoje?
3. Qual a diferença entre sistema aberto, fechado e
isolado?
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Sistema Termodinâmico
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