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Primeira lei para processos isobáricos

Física

Em um processo isobárico, a pressão é mantida constante e o volume ocupado pelo gás varia proporcionalmente à sua temperatura absoluta.
Diagrama PV para um processo isobárico
Diagrama PV para um processo isobárico
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De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, em qualquer processo termodinâmico a quantidade de calor Q recebida por um sistema é igual ao trabalho realizado por ele mais a variação da sua energia interna.

Quando a pressão é constante, o calor trocado pelo sistema com o meio externo é usado para o trabalho e para mudar a energia interna. Em muitas situações práticas, os sistemas estão submetidos à pressão atmosférica, como no caso de uma reação química. A figura acima mostra o diagrama PV desse tipo de processo.

Nesse caso, na equação da Primeira Lei,

Q=τ+∆U

nenhum dos termos é zero. O trabalho é escrito em função da variação do volume ΔV, como:

τ=P.∆V

Para o caso particular de um gás ideal monoatômico, a energia pode ser escrita da seguinte forma:

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Portanto, podemos escrever a Primeira lei da Termodinâmica em função de ΔV:

O calor trocado com o meio é (5/2)P.ΔV, sendo que 40% do total – que corresponde a P.ΔV –, são usados para realizar trabalho; e (3/2)P.ΔV, que corresponde a 60% do total, são usados pra alterar a energia interna. Esse resultado é válido para um gás monoatômico ideal.

O calor está relacionado à variação da temperatura (usando-se a lei dos gases ideais) por:

Assim, o calor fornecido pode ser calculado pela variação de temperatura ou pela variação de volume.


Por Domiciano Marques
Graduado em Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

SILVA, Domiciano Correa Marques da. "Primeira lei para processos isobáricos"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-para-processos-isobaricos.htm>. Acesso em 22 de maio de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

Sobre os gases monoatômicos e ideais que passam por um processo de transformação isobárica, podemos afirmar corretamente que:

a) Toda a quantidade de calor (Q) cedida ao sistema será transformada em trabalho mecânico.

b) A quantidade de calor (Q) cedida ao sistema é diretamente proporcional à sua variação de temperatura.

c) A energia interna do gás (U) permanece constante.

d) A variação de energia interna(ΔU) é inversamente proporcional à variação volumétrica (ΔV).

e) A temperatura do gás varia, mas não há trocas de calor entre o sistema e o meio externo.

Questão 2

Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m2 e sofre uma redução de seu volume em 0,25 m3. Assinale aquilo que for FALSO:

a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J;

b) a variação da energia interna é de -150 J;

c) o gás recebe 250 J de calor;

d) o gás cede 250 J de calor;

e) a variação de temperatura desse gás é negativa;

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