Trabalho de um gás – Transformação cíclica

Trabalho de um gás – Transformação cíclica

 

Transformações de energia

 

A energia pode passar de uma forma para outra, como, por exemplo, de qualquer tipo de energia para energia térmica (calor) realizando trabalho, situações 1, 2 e 3 e de calor para outros tipos de energia realizando trabalho, situações 4, 5 e 6.

Termodinâmica é a parte da Termologia que estuda as relações entre calor e trabalho.

 

Trabalho (W) na Termodinâmica

 Considere um gás contido no interior do cilindro de êmbolo móvel da figura sendo mantido sob pressão constante através do peso .

Ele é aquecido e passa de uma situação inicial com pressão P_o, volume V_o e temperatura T_o, com o êmbolo sofrendo um deslocamento d, para uma situação final com pressão final P_o(isobárica), volume V e temperatura T.

O gás aplica sobre o êmbolo uma força de intensidade F que o faz sofrer um deslocamento d, de tal forma que o trabalho realizado pela força F vale  W = F.d (I)  pressão exercida pelo gás sobre o êmbolo    P = (S – área do êmbolo)   F = P.S (II).

Substituindo II em I   W = F,d.S    observe que S.d representa o volume de gás deslocado (ΔV = V – V_o)    W = P.ΔV ou W = P.(V – V_o).  

Diagrama de Clapeyron numa transformação isobárica

 

Trabalho positivo ou trabalho negativo

 Na expressão W = P.(V – V_o), como a pressão P é sempre positiva:

 Se V > V_o    W > 0  o sistema (gás) em expansão realiza trabalho sobre o meio exterior (ambiente).

 Se V < V_o    W < 0    o meio exterior (ambiente) realiza trabalho sobre o sistema (gás).

 

Transformação cíclica ou fechada

 

Numa transformação cíclica ou fechada os estado inicial e final do gás coincidem.

Começa em A (estado inicial), sofre uma transformação chegando a B e, em seguida, outra transformação chegando novamente a A.

Decompondo a transformação fechada ABA, em duas abertas AB e BA, o trabalho total da transformação cíclica é a soma

algébrica das áreas hachuradas, ou seja, W = W­_AB + W_BA.

O que você deve saber, informações e dicas

 Se V > V_o    W > 0  o sistema (gás) em expansão realiza trabalho sobre o meio exterior (ambiente).

 Se V < V_o    W < 0    o meio exterior (ambiente) realiza trabalho sobre o sistema (gás).

 Numa transformação isocórica ou isométrica ou isovolumétrica, o volume é constante, então ΔV = 0 e como W = P.ΔV    W=P.0    W = 0.

 

 

Você pode transformar calor (Q) em trabalho (W) e vice-versa através da relação 1cal = 4,186J, ou W = J.Q onde J = 4,186 (constante de conversão = equivalente mecânico do calor). 

 

 

Confira os exercícios