Transformação Isocórica

• Por que quando calibramos os pneus do carro não podemos ter andado muito com ele antes?
• Por que uma embalagem do tipo spray jamais deve ser aquecida ou incinerada?

 Ambas as situações mencionadas referem-se a transformações isocóricas que ocorrem em nosso cotidiano. Então, vejamos do que se trata essa transformação gasosa para podermos responder às perguntas acima.

A palavra isocórica vem da junção de dois termos gregos: isso, que significa “igual”, e coros, que é “volume”, ou seja, é uma transformação em que o  volume permanece igual ou constante. As grandezas que sofrem variação são a pressão e a temperatura.

Os cientistas Jacques Alexandre César Charles (1746-1823) e Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) estudaram de modo independente essas transformações isocóricas, que também podem ser chamadas de transformação isométrica ou transformação isovolumétrica.

Eles observaram que, se o volume e a massa do gás permanecessem constantes e eles dobrassem a temperatura, indo de T para 2T, então a pressão também dobraria, indo de P para 2P. Além disso, se diminuíssem a temperatura, por exemplo, pela metade, indo de T para T/2, o resultado seria que a pressão também diminuiria pela metade, de P para P/2. Isso é mostrado na imagem abaixo:

Assim, eles chegaram a uma conclusão, sendo formulada a seguinte lei:

Lei de Charles e Gay-Lussac para transformações isocóricas: Num sistema fechado em que o volume é mantido constante, verifica-se que a pressão exercida por determinada massa de gás é diretamente proporcional à sua temperatura termodinâmica.

Em matemática, duas grandezas são consideradas diretamente proporcionais se a relação entre elas der igual a uma constante. Assim, essa lei pode ser expressa da seguinte forma:

P  = k
T

Veja como isso é verdade: considere que em um cilindro de tampa fechada, aumenta-se gradativamente a temperatura de uma massa determinada de gás e obtêm-se os dados da tabela abaixo:

Observe que a pressão aumentou proporcionalmente com o aumento da temperatura. Além disso, veja como a relação entre essas duas grandezas sempre dá igual a uma constante:

_3_ = 0,03      _6_ = 0,03      _9  = 0,03       _12  = 0,03
100                  200                 300                  400

Assim, podemos fazer a seguinte relação em qualquer transformação isométrica:

P₁  = k  , P₂  = k , P₃  = k, ...   → P₁  = P₂  = P₃  = …
T₁                 T₂                 T₃                           T₁        T₂         T₃

     ou

P_inicial  = P_final 
T_inicial        T_final

Transferindo os valores da tabela acima para um gráfico, temos:

Portanto, a isovolumétrica sempre é uma reta:

Mas isso só ocorre se considerarmos a temperatura absoluta, isto é, na escala kelvin. Se a temperatura for medida em graus Celsius, isso não se aplica.

Agora, voltando às perguntas iniciais, conseguimos entender por que é preciso calibrar os pneus do carro sem ter andado muito com ele (no máximo 3 km). Quando se andou muito com o carro, aumentou-se a temperatura do gás dentro do pneus. Com isso, a energia cinética de suas moléculas aumenta, elas se movimentam mais rapidamente e a pressão também se eleva. Assim, se o pneu estiver “quente”, a pressão do gás será alta e, depois, quando ele esfriar, o gás irá se contrair, diminuindo a pressão e será necessário fazer novamente outra calibragem.

O contrário também ocorre, se o dia estiver muito frio e o motorista fizer a calibragem, sendo que depois o dia começar a esquentar, o gás irá se expandir, aumentando a pressão dentro do pneu e desregulando a calibragem realizada.

Essas informações explicam também por que em corridas de carro é realizada uma apresentação antes. Isso não é feito somente para apresentar os participantes, mas também para aquecer os pneus dos carros e, assim, atingir a pressão ideal para seu melhor desempenho.

A volta de apresentação dos carros em corridas serve para aquecer os pneus dos carros para atingir a pressão ideal*

Quanto à segunda pergunta, mesmo quando a embalagem de aerossol (spray­) parece estar totalmente vazia, ela ainda contém ar ou resíduos do produto. Assim, se a embalagem for aquecida, a pressão dos gases dentro dela vai aumentar e poderá haver uma explosão. É realmente algo muito perigoso; por isso, jamais faça isso!

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*Créditos da imagem: EvrenKalinbacak e Shutterstock.com

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química