Resumo de fisica: Gases

Gases - Hipótese dos Gases ideais

CONCEITO DE GÁS PERFEITO OU IDEAL:
Toda matéria que está no estado gasoso pode obedecer algumas condições que tornam essa matéria um gás ideal ou perfeito. O que é um gás ideal ou perfeito, conceito tão importante para estudar sistemas termodinâmicos de partículas?
Gás ideal ou perfeito é todo gás que tem as seguintes condições:
 Muitos elementos, ou seja, o número de partículas que constitui o gás é muito grande, considerada infinita;
As partículas dos gás estão muito afastadas, infinitamente afastadas, de tal maneira que a energia potencial de ligação é muito pequena, tendendo a zero, nula;
As partículas tem volume muito menor que o volume ocupado pelo gás, isto é, as partículas são pontos materiais, isto é, o volume do gás no que tange às partículas é sempre zero ou infinitamente menor que o ocupado pelas partículas do gás.
Todos os choque eventuais entre as partículas de um gás são considerados perfeitamente elásticos, isto é, não há perda ou dissipação de energia devido a interações entre as partículas do gás.

Resumindo de forma bem humorada e livre:

Gás é todo conjunto de coisas em grande número, muito pequenas, muito afastadas que conservam energia.
 

Gases - Transformações gasosas: equação de Clapeyron

Com:
P: pressão do gás, que representa o grau de troca de forças por área pelo gás e o meio externo, o frasco;
V: volume do gás, que representa o grau de espalhamento do gás ao longo do espaço;
T: temperatura do gás, que representa o grau de agitação das partículas que constituem o gás;
R é a constante universal dos gases, na física usada mais como R = 8,31 J/mol k, válida para todo gás ideal;
n = número de mol ou quantidade do gás, que nada mais é do que a massa do gás dividida pela massa molar do gás, isto é, a massa de um mol desse gás:
n = m/M, m massa dos gás e M massa molar do gás.

observações:

1. a equação de Clapeyron, portanto, nos dá uma ideia de equilíbrio do gás entre energia de movimento macroscópico ou trabalho do gás ou sobre o gás, que é proporcional ao produto PV e a energia de movimento microscópico ou energia interna do gás, ou temperatura, proporcional ao produto nRT...

2. se for preciso conhecer a função da densidade e da temperatura, só desenvolver a equação: logo logo logo temos que . A densidade diminui com a temperatura, regularmente, e aumenta com a diminuição da temperatura, regularmente.

 

Gases - Lei geral dos gases

Se tomarmos a equação de Clapeyron que relaciona as coordenadas termodinâmicas de um gás (P,T e V), temos que: . Se observarmos com cuidado realizamos que apenas a constante universal dos gases NUNCA muda. Logo, isolando R temos que e para dois estados termodinâmicos 1 e 2 quaisquer de um gás temos que:

que é a equação geral dos gases ideais.

Mas, para sistemas que não têm entrada nem saída de matéria, podemos perceber que o número de mol é o mesmo, logo, chegamos à:

Sempre lembrando que , isto é, o número de mol é a massa da amostra pela massa de um mol dessa amostra. 

Lembrar também que, em problemas com frascos abertos a pressão final deve ser igual à atmosférica e há vazamento de matéria para isso, ocorrendo mudança de quantidade de matéria e de número de mol dentro do frasco.
Unidades:
P: 1,02.105 Pa (N/m2) = 1 atm = 760 mmHg = 10 mca, que significa metro de coluna de água.
T: K, Kelvin, tem que ser em uma escala absoluta.
V: 1m3 = 1000 litros e 1 litro = 1000 cm3
 

Gases - Transformações gasosas notáveis

1. ISOTÉRMICA: é o processo ou transformação em que não há alteração de temperatura ou energia interna do gás, a agitação das partículas é a mesma, o calor é convertido em movimento macroscópico do gás, isto é, expansão ou contração. A pressão é inversamente proporcional ao volume. O gráfico de uma isotérmica, em P x V, é uma hipérbole simétrica, ou um conjunto delas, chamadas isotermas. Quanto mais afastada da origem, maior a temperatura associada a essa isoterma: .

2. ISOBÁRICA: pode ser expansão ou contração, a pressão externa é constante, isto é, tudo que ‘está acima do gás é o mesmo’, o trabalho é a área do retângulo, isto é, variação de volume vezes a pressão. No gráfico p x V são retas paralelas ao eixo do volume. O volume é proporcional à temperatura. Se dobramos o volume, dobramos a temperatura.

 

3. ISOCÓRICA, ISOMÉTRICA, ISOVOLUMÉTRICA: pode ser compressão ou descompressão, o trabalho é nulo e o calor trocado é igual à variação de energia interna, e os gráficos são retas verticais em p x V. A pressão é diretamente proporcional à temperatura, isto é, quando a pressão aumenta, aquece, e quando a pressão diminui, resfria.

                

4. ISOENTRÓPICA OU ADIABÁTICA: processo adiabático é aquele em que o gás não troca calor com nenhuma fonte, isto é, toda expansão ocorre com resfriamento e todo aquecimento ocorre com contração de volume, como se um processo ‘financiasse’ energeticamente o outro: 
Q = 0. 

 

Gases - Gases Perfeitos - Exemplos

1.  EXPANSÃO ISOTÉRMICA COM DESCOMPRESSÃO
2.  CONTRAÇÃO ISOTÉRMICA COM COMPRESSÃO
3.  EXPANSÃO ISOBÁRICA COM AQUECIMENTO
4.  CONTRAÇÃO ISOBÁRICA COM RESFRIAMENTO
5.  COMPRESSÃO ISOCÓRICA COM AQUECIMENTO
6.  DESCOMPRESSÃO ISOCÓRICA COM RESFRIAMENTO
7.  RESFRIAMENTO ADIABÁTICO COM EXPANSÃO
8.  AQUECIMENTO ADIABÁTICO COM CONTRAÇÃO