Transformações gasosas

Transformações gasosas são processos em que um gás pode ter um ou mais de seus parâmetros de pressão, volume e temperatura alterados. Existem transformações gasosas especiais, nas quais pelo menos uma dessas grandezas é mantida constante.

São tipos de transformações gasosas:

• transformação isobárica;

• transformação isotérmica;

• transformação isovolumétrica;

• transformação adiabática.

Veja também: Termologia — o estudo dos fenômenos ligados ao calor e à temperatura

Tópicos deste artigo

• 1 - Transformação isotérmica
• 2 - Transformação isobárica
• 3 - Transformação isovolumétrica
• 4 - Exemplos de transformações gasosas
• 5 - Exercícios resolvidos sobre transformações gasosas

Transformação isotérmica

A transformação isotérmica é aquela em que a temperatura de um gás se mantém constante. Nesse tipo de transformação, pressão e volume são inversamente proporcionais, de modo que, aumentando-se a pressão, diminui-se o volume e vice-versa.

As transformações isotérmicas são descritas pela Lei de Boyle-Mariotte. De acordo com essa lei, o produto entre a pressão e o volume de um gás ideal é constante:

P_i e P_f – pressão inicial e final

V_i e V_f – velocidade inicial e final

K – constante

Transformação isobárica

A transformação isobárica é caracterizada por uma variação de volume e temperatura, mantendo-se a pressão constante. Esse tipo de transformação é descrito matematicamente pela lei de Charles e Gay-Lussac. Durante uma transformação isobárica, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais, isto é, mantendo-se constante a pressão de um gás, o volume por ele ocupado aumentará de acordo com o aumento da temperatura desse gás.

Veja a fórmula utilizada pela lei de Gay-Lussac:

T_i e T_f – temperatura inicial e final

De acordo com a Lei de Gay-Lussac, a razão entre o volume e a pressão de um gás, durante uma transformação isobárica, é igual a uma constante.

Transformação isovolumétrica

Transformação isovolumétrica, isométrica ou ainda isocórica é o nome do processo em que um gás ideal sofre mudanças de pressão e temperatura, mantendo-se constante o seu volume. Esse tipo de transformação gasosa, que ocorre dentro de recipientes de paredes rígidas, é matematicamente definido pela Lei de Charles.

De acordo com essa lei, a razão entre a pressão e a temperatura de um gás ideal é sempre constante. Além disso, nesse tipo de transformação, pressão e temperatura são diretamente proporcionais: dobrando-se a pressão, dobramos a temperatura e vice-versa.

A fórmula que descreve o comportamento dos gases ideais durante transformações isovolumétricas é a seguinte:

Leia também: Termodinâmica — área da Física que estuda fenômenos em que há trocas de calor

Transformação adiabática

Transformação adiabática é o nome do processo sofrido por um gás que não troca calor com o meio externo ou ainda com as paredes do seu recipiente. A fórmula que explica matematicamente o comportamento de um gás ideal que sofre uma transformação adiabática afirma que o produto entre a pressão e o volume elevado a uma constante γ é constante.

A constante γ depende dos graus de liberdade do gás, isto é, do número de direções em que as moléculas do gás podem mover-se. Também pode ser calculada pela razão entre o calor específico em pressão constante e calor específico em volume constante.

Exemplos de transformações gasosas

• Transformação isotérmica – qualquer expansão ou contração lenta de um gás que ocorra em uma temperatura constante.

• Transformação isobárica – resfriamento do gás contido em uma bexiga colocada para esfriar num refrigerador.

• Transformação isovolumétrica – aquecimento do vapor de água confinado em uma panela de pressão completamente.

• Transformação adiabática – gás sendo expelido por um spray de aerossol.

Veja também: Calorimetria – fórmulas, conceitos e exercícios resolvidos

Exercícios resolvidos sobre transformações gasosas

Questão 1 — Analise as alternativas abaixo e assinale a resposta que contém somente alternativas verdadeiras.

I – Transformações isotérmicas são aquelas em que a temperatura do gás é mantida constante.

II – Transformações adiabáticas envolvem trocas de calor entre o gás e o meio externo.

III – Transformação isocórica é aquela em que a pressão do gás é mantida constante.

IV – Transformações isobáricas acontecem com pressão constante.

São corretas:

a) I e II.

b) I, II e III.

c) II e III.

d) I e IV.

Resolução:

As alternativas II e III estão erradas, uma vez que as transformações adiabáticas não envolvem trocas de calor, e as transformações isocóricas são aquelas que acontecem em volumes constantes. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra D.

Questão 2 — Um gás ideal sofre uma transformação rápida, de modo que sua temperatura, pressão e volume sofrem variações bruscas em um curto intervalo de tempo. De acordo com os seus conhecimentos sobre as transformações gasosas, a transformação sofrida pelo gás foi:

a) isotérmica.

b) isobárica.

c) adiabática.

d) isovolumétrica.

Resolução:

As transformações adiabáticas ocorrem de forma rápida, de modo que não há tempo para que o gás realize trocas de calor com o meio externo. Nesse tipo de transformação, os parâmetros de pressão, volume e temperatura mudam de forma abrupta. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra C.

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física