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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.
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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

Diagrama PV para um processo isobárico
Diagrama PV para um processo isobárico

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 18 de outubro 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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