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Ciclo ou transformação cíclica de uma massa gasosa é uma sequência de transformações gasosas em que, ao final de cada transformação, o gás retorna ao seu estado inicial de Pressão, Temperatura e Volume. Portanto, o estado final coincide com o estado inicial.
Observe o gráfico a seguir:
Expansão isobárica AB e
Transformação isocórica BC
Sendo um gás qualquer, sofrendo uma transformação A – C, onde o gás realiza uma expansão isobárica AB, seguida de uma diminuição isocórica BC.
O trabalho realizado na transformação A – C é dado pelo cálculo da área da figura formada abaixo do gráfico, sendo ele maior do que zero (W1 > 0).
Considere agora que o gás volte ao seu estado inicial, realizando a transformação C – A, onde realiza uma compressão isobárica CD, seguida de um aumento isocórico DA, como mostra o gráfico abaixo:
Compressão isobárica CD
Transformação isocórica DA
Podemos observar que, como o gás sofre uma compressão isobárica, ou seja, houve uma diminuição do volume à pressão constante, o trabalho realizado é menor do que zero (W2 < 0).
Ao final do processo, o gás completa um ciclo ABCDA, onde o trabalho total realizado é a soma algébrica dos trabalhos realizados nas diferentes etapas do ciclo.
W = W1 + W2
Ciclo ABCDA, a área sombreada
é numericamente igual ao trabalho
realizado.
O trabalho total (W) é positivo, pois |W1| > |W2|, sendo calculado numericamente pela área da figura formada pelo ciclo.
A quantidade de calor total trocada em todo o ciclo também é dada pela soma algébrica das quantidades de calor trocadas em cada etapa do ciclo, ou seja:
Q = QAB + QBC + QCD + QDA
Na transformação cíclica o estado final é igual ao estado inicial, implica que a variação da energia interna é nula (∆U = 0).
Sabendo que:
∆U = Q – W, temos que:
W = Q
Portanto, no ciclo existe uma equivalência entre o calor trocado Q e o trabalho realizado W.
Sinal do Trabalho
Se a transformação for realizada no sentido horário (ver gráfico abaixo), há uma conversão de calor em trabalho, ou seja, o trabalho é maior do que zero (W > 0).
Se a transformação for realizada no sentido anti-horário (ver gráfico abaixo) existe uma conversão de trabalho em calor, ou seja, o trabalho é menor do que zero (W < 0).
Por Kléber Cavalcante
Graduado em Física
Equipe Brasil Escola