Gases ideais

18/10/2013

Engenharia Ambiental

Termodinâmica
Capítulo 19* – Teoria Cinética dos
Gases
Profª. Fernanda Vasconcelos Fonseca Tavares

*HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física:
gravitação, ondas e termodinâmica. v. 2. 8ªed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Referência sugerida: HEWITT, Paul G. Física conceitual. 11ª ed. PORTO ALEGRE:
Bookmam, 2011.

1. Introdução

1.Introdução
•Um dos tópicos principais da
termodinâmica é a física dos gases.
•Um gás é formado de átomos
(isolados ou unidos em moléculas)
que ocupam totalmente o volume do
recipiente em que se encontram e
exercem pressão sobre suas paredes.
•As propriedades volume,
temperatura e pressão estão
relacionadas ao movimento dos
átomos.

2. Gases Ideais

•Volume: é resultado da liberdadeque os átomos têm para se espalhar
por todo o recipiente;

•Em baixas concentrações (moléculas distantes umas das
outras que praticamente não interagem) todos os gases reais
obedecem à relação:

•Pressão: é causada por colisões dos
átomos com as paredes do recipiente;

Equação dos Gases Ideais – (Equação de Clapeyron)

•Temperatura: está associada
energia cinética dos átomos.

à•O conceito de gás ideal nos permite
obter informações úteis a respeito
dos gases reais.

PV = nRT

Onde, n= nº de mols, R=8,31 J/mol.K (constante dos gases ideais)

PV = NKT, onde N= nº de moléculas e K é a constante de Boltzman = 1,38 X 10-23 J/K

2. Gases Ideais

2. Gases Ideais

Diferentes Processos:
•Volume Constante:

Exemplo 1: Um cilindro contém 12 L de nitrogênio a 20°C e15 atm. A
temperatura é aumentada para 35°C e o volume é reduzido para 8,5 L.
Qual é a pressão final do gás em atmosferas? Suponha que o gás é
ideal.

PV  nRT 

P nR
P

 cte   cte
T
V
T

•Pressão Constante:
V nR
V

 cte   cte
T
P
T
•Temperatura Constante:
PV  nRT 

PV  nRT  PV  nRT  cte  PV  cte

•P, V e T não Constantes (Variáveis):
PV  nRT 

PVPV
 nR  cte 
 cte
T
T

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2. Gases Ideais

2. Gases Ideais

2.1. Trabalho realizado por um gás ideal à VOLUME CONSTANTE

2.2. Trabalho realizado por um gás ideal à PRESSÃO CONSTANTE

2. Gases Ideais

2. Gases Ideais

2.3. Trabalho realizado por um gás ideal à TEMPERATURA CONSTANTE

Exemplo 2: Um mol de oxigênio (trate-o como gás ideal) se expande a
umatemperatura constante T de 310 K de um volume inicial Vi de 12 L
para um volume final Vf de 19 L.
(a) Qual é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão?
(b) Esboce o diagrama P-V deste processo.
(c) Esboce o diagrama P-T deste processo.
(d) Esboce o diagrama V-T deste processo.

2. Gases Ideais

2. Gases Ideais

Exemplo 3: Uma amostra de gás ideal é submetida ao processo cíclicoabca mostrado no diagrama p-V. No ponto a T = 200 K. (a) Quantos
mols do gás estão presentes na amostra? (b) Quais são a temperatura
do gás no ponto b, (c) a temperatura do gás no ponto c e (d) a energia
líquida adicionada ao gás em forma de calor durante o ciclo?

Exemplo 4: Um pneu de automóvel tem um volume de 1,64 x 10-2 m3
e contém ar à pressão manométrica (pressão acima da pressãoatmosférica) de 165 kPa quando a temperatura é 0°C. Qual é a pressão
manométrica do ar no pneu quando a temperatura aumenta para 27°C
e o volume aumenta para 1,67 x 10-2 m3? Suponha que a pressão
atmosférica seja 1,01 x 105 Pa.
R: 186 kPa

R: (a) 1,5 mol (b) 1,8 x 103 K
(c) 6,0 x 102 K (d) 5,0 KJ

Lembrete:
Pressão no interiro de um fluido (interior do pneu):
P = Patm + gh, onde gh é apressão manométrica (Pm).
Ou seja, Pm= P - Patm

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2. Gases Ideais

3. Calores Específicos Molares de um Gás Ideal

Exemplo 5: Nos dias de calor a temperatura no interior de um carro
fechado estacionado no sol pode ser suficiente para provocar
queimaduras. Suponha que uma garrafa de água removida de uma
geladeira à temperatura de 5°C seja aberta e fechada novamente e...