Conhecimento de definições em física é um fator chave para resolver com sucesso vários problemas físicos. No artigo, consideraremos o que se entende por processos isobáricos, isocóricos, isotérmicos e adiabáticos para um sistema de gás ideal.
Gás ideal e sua equação
Antes de prosseguir com a descrição dos processos isobáricos, isocóricos e isotérmicos, vamos considerar o que é um gás ideal. Sob essa definição em física, eles consideram um sistema que consiste em um grande número de partículas adimensionais e não interativas que se movem em altas velocidades em todas as direções. Na verdade, estamos falando de um estado agregado gasoso da matéria, em que as distâncias entre átomos e moléculas excedem em muito seus tamanhos e em que a energia potencial de interação das partículas é desprezada devido à sua pequenez, em comparação com a energia cinética.
O estado de um gás ideal é a totalidade de seus parâmetros termodinâmicos. Os principais são temperatura, volume e pressão. Vamos denotá-los pelas letras T, V e P, respectivamente. Nos anos 30 do século XIXClapeyron (um cientista francês) primeiro escreveu uma equação que combina os parâmetros termodinâmicos indicados dentro de uma única igualdade. Parece:
PV=nRT,
onde n e R são a quantidade de substâncias e a constante do gás, respectivamente.
O que são isoprocessos em gases?
Como muitos notaram, processos isobáricos, isocóricos e isotérmicos usam o mesmo prefixo "iso" em seus nomes. Significa a igualdade de um parâmetro termodinâmico durante a passagem de todo o processo, enquanto os demais parâmetros mudam. Por exemplo, um processo isotérmico indica que, como resultado, a temperatura absoluta do sistema é mantida constante, enquanto um processo isocórico indica um volume constante.
Isoprocessos são convenientes para estudar, pois a fixação de um dos parâmetros termodinâmicos leva a uma simplificação da equação geral do estado do gás. É importante notar que as leis dos gases para todos esses isoprocessos foram descobertas experimentalmente. Sua análise permitiu a Clapeyron obter a equação universal reduzida.
Processos isobáricos, isocóricos e isotérmicos
A primeira lei foi descoberta para um processo isotérmico em um gás ideal. Agora é chamada de lei Boyle-Mariotte. Como T não muda, a equação de estado implica a igualdade:
PV=const.
Em outras palavras, qualquer mudança na pressão do sistema leva a uma mudança inversamente proporcional em seu volume, se a temperatura do gás for mantida constante. O gráfico da função P(V) éhipérbole.
Processo isobárico - esta é uma mudança no estado do sistema, em que a pressão permanece constante. Fixando o valor de P na equação de Clapeyron, obtemos a seguinte lei:
V/T=const.
Esta igualdade leva o nome do físico francês Jacques Charles, que a recebeu no final do século XVIII. A isobar (representação gráfica da função V(T)) parece uma linha reta. Quanto mais pressão no sistema, mais rápido essa linha sobe.
O processo isobárico é fácil de implementar se o gás for aquecido sob o pistão. As moléculas deste último aumentam sua velocidade (energia cinética), criam uma pressão maior no pistão, o que leva à expansão do gás e mantendo um valor constante de P.
Finalmente, o terceiro isoprocesso é isocórico. Funciona com volume constante. Da equação de estado obtemos a igualdade correspondente:
P/T=const.
É conhecida entre os físicos como lei de Gay-Lussac. A proporcionalidade direta entre pressão e temperatura absoluta indica que o gráfico do processo isocórico, como o gráfico do isobárico, é uma linha reta com inclinação positiva.
É importante entender que todos os isoprocessos ocorrem em sistemas fechados, ou seja, o valor de n é preservado durante seu curso.
Processo adiabático
Este processo não pertence à categoria "iso", pois todos os três parâmetros termodinâmicos mudam durante sua passagem. adiabáticochamada de transição entre dois estados do sistema, em que não troca calor com o ambiente. Assim, a expansão do sistema é realizada devido às suas reservas internas de energia, o que leva a uma queda significativa de pressão e temperatura absoluta no mesmo.
Processo adiabático para um gás ideal é descrito pelas equações de Poisson. Um deles é mostrado abaixo:
PVγ=const,
onde γ é a razão das capacidades caloríficas a pressão constante e a volume constante.
O gráfico adiabático difere do gráfico de processo isocórico e do gráfico isobárico, mas é semelhante a uma hipérbole (isoterma). O adiabat nos eixos P-V se comporta de forma mais acentuada do que a isotérmica.
