A compressibilidade é uma propriedade dos materiais que mede a capacidade de reduzir seu volume em resposta a uma força externa. Essa propriedade pode ser observada em sólidos, líquidos e gases, e varia de acordo com a natureza e as características de cada substância. Neste contexto, a compressibilidade dos sólidos é geralmente baixa, devido à sua estrutura molecular densa e organizada. Já os líquidos possuem uma compressibilidade intermediária, enquanto os gases possuem alta compressibilidade, devido à sua estrutura molecular mais dispersa e maleável. Alguns exemplos de materiais compressíveis incluem borracha, água e ar.
Exemplos de compressibilidade: descubra quais materiais podem ser reduzidos em volume facilmente.
A compressibilidade é uma propriedade dos materiais que indica a facilidade com que podem ser reduzidos em volume sob pressão. Esta propriedade varia dependendo do estado da matéria, sendo mais evidente em gases, seguido por líquidos e sólidos.
Os gases são os materiais mais compressíveis, pois suas moléculas estão mais distantes umas das outras e possuem maior mobilidade. Um exemplo clássico é o ar em um balão, que pode ser facilmente comprimido quando pressionado.
Os líquidos também possuem alguma compressibilidade, embora em menor grau do que os gases. Um exemplo disso é a água em um recipiente fechado, que pode ter seu volume reduzido sob pressão.
Por fim, os sólidos são os materiais menos compressíveis, devido à organização e proximidade de suas partículas. No entanto, alguns sólidos apresentam certa compressibilidade, como a borracha, que pode ser comprimida quando submetida a forças externas.
Em resumo, a compressibilidade é uma propriedade importante que varia de acordo com o estado da matéria. Gases são os mais compressíveis, seguidos por líquidos e sólidos. Compreender essa propriedade é essencial para diversos campos da ciência e engenharia.
Qual é a capacidade de compressão do estado líquido em relação aos outros estados?
A compressibilidade é uma propriedade física que indica a capacidade de um material de reduzir seu volume em resposta a uma pressão externa. Os sólidos têm baixa compressibilidade, enquanto os líquidos têm uma compressibilidade maior em comparação. Já os gases possuem uma compressibilidade ainda maior do que os líquidos.
Os sólidos são caracterizados por manterem sua forma e volume de maneira quase inalterada sob pressão. Por outro lado, os líquidos possuem a capacidade de sofrer uma compressão significativa quando submetidos a uma pressão externa. No entanto, essa compressão é menor do que a dos gases.
Um exemplo de compressibilidade em líquidos pode ser observado em garrafas de plástico. Quando uma garrafa cheia de água é pressionada, é possível perceber que o líquido se comprime ligeiramente, adaptando-se à pressão aplicada. Isso demonstra a capacidade de compressão dos líquidos em relação aos sólidos.
Em resumo, os líquidos possuem uma compressibilidade maior do que os sólidos, mas menor do que os gases. Essa propriedade é fundamental para entender o comportamento dos materiais em diferentes condições de pressão e temperatura.
Compreenda a compressibilidade dos gases: entenda como os gases se comportam sob pressão.
A compressibilidade é uma propriedade física que varia de acordo com o estado da matéria. Os sólidos, líquidos e gases respondem de maneira diferente quando submetidos à pressão. No caso dos gases, a compressibilidade é uma característica importante a ser considerada, pois eles possuem a capacidade de se comprimir significativamente quando submetidos a pressões elevadas.
Os gases são altamente compressíveis devido à grande distância entre as moléculas em comparação com os sólidos e líquidos. Quando um gás é submetido a pressão, as moléculas são forçadas a se aproximarem, reduzindo o volume ocupado pelo gás. Isso significa que a densidade do gás aumenta conforme a pressão é aplicada.
Um exemplo prático da compressibilidade dos gases é o uso de cilindros de gás comprimido. Nestes cilindros, o gás é armazenado sob alta pressão, ocupando um volume relativamente pequeno. Quando o gás é liberado do cilindro, ele se expande rapidamente, ocupando um volume muito maior do que quando estava sob pressão.
Em resumo, a compressibilidade dos gases é uma propriedade que permite que eles se comportem de maneira flexível sob pressão, podendo ser comprimidos e expandir-se conforme as condições em que são submetidos. Esta característica é essencial para diversas aplicações práticas, como a produção de energia, a indústria química e o transporte de substâncias perigosas.
Por que o gás é altamente compressível?
Os gases são altamente compressíveis devido à sua natureza molecular. Ao contrário dos sólidos e líquidos, as moléculas de um gás estão em constante movimento e apresentam uma grande distância entre si. Isso significa que há muito espaço vazio entre as moléculas, o que permite que o gás seja facilmente comprimido.
Quando um gás é submetido a uma pressão externa, as moléculas são forçadas a se aproximarem, ocupando menos espaço e resultando em uma diminuição do volume. Como as moléculas de gás são altamente móveis e não estão rigidamente ligadas umas às outras, elas podem facilmente se ajustar ao novo volume, tornando o gás altamente compressível.
Esta propriedade de compressibilidade dos gases é frequentemente explorada em aplicações industriais, como na produção de ar comprimido para uso em ferramentas pneumáticas. Além disso, a compressibilidade dos gases é essencial para o funcionamento de equipamentos como refrigeradores e compressores de ar.
Em contraste, os sólidos e líquidos são muito menos compressíveis devido à sua estrutura molecular mais rígida e à proximidade das moléculas. Enquanto os sólidos mantêm sua forma e volume praticamente inalterados sob pressão, os líquidos apresentam uma compressibilidade intermediária, pois suas moléculas estão mais próximas do que as dos gases, mas ainda possuem certa mobilidade.
Em resumo, a alta compressibilidade dos gases é resultado da grande distância entre as moléculas e da capacidade dessas moléculas de se ajustarem facilmente a mudanças de volume. Esta propriedade torna os gases essenciais em diversas aplicações e processos industriais.
Compressibilidade: de sólidos, líquidos, gases, exemplos
A compressibilidade de uma substância ou material é a mudança de volume que ocorre quando é submetida a uma mudança de pressão. Em geral, o volume diminui quando uma pressão é aplicada a um sistema ou objeto. No entanto, às vezes ocorre o oposto: uma mudança na pressão pode produzir uma explosão na qual o sistema aumenta o volume ou quando ocorre uma mudança de fase.
Em algumas reações químicas, isso pode acontecer e também nos gases, pois à medida que a frequência das colisões aumenta, as forças repulsivas estão ocorrendo.
Ao imaginar quão fácil ou difícil pode ser compactar um objeto, é preciso considerar os três estados em que a matéria é normalmente: sólido, líquido e gás. Em cada uma delas, as moléculas mantêm certas distâncias uma da outra. Quanto mais fortes as ligações que ligam as moléculas da substância que compõe o objeto e quanto mais próximas elas estiverem, mais difícil será causar deformação.
Um sólido tem suas moléculas muito próximas e, ao tentar reuni-las mais, forças repulsivas aparecem que dificultam a tarefa. Portanto, diz-se que os sólidos são pouco compressíveis. Nas moléculas de líquidos, há mais espaço, portanto sua compressibilidade é maior, mas mesmo assim a mudança de volume geralmente requer grandes forças.
Portanto, sólidos e líquidos são dificilmente compressíveis. Seria necessária uma variação de pressão muito grande para obter uma alteração perceptível do volume nas chamadas condições normais de pressão e temperatura. Por outro lado, os gases, como as moléculas amplamente espaçadas, são facilmente compactados e descomprimidos.
Compressibilidade de sólidos
Quando um objeto é imerso em um fluido, por exemplo, ele pressiona o objeto em todas as direções. Dessa maneira, podemos pensar que o volume do objeto diminuirá, embora na maioria dos casos isso não seja apreciável.
A situação pode ser vista na figura a seguir:
A pressão é definida como força por unidade de área, o que causará uma alteração no volume ΔV proporcional ao volume inicial do objeto V o . Essa mudança de volume dependerá de suas qualidades.
A lei de Hooke afirma que a deformação experimentada por um objeto é proporcional ao esforço aplicado a ele:
Esforço ∝ Deformação
A deformação volumétrica experimentada por um corpo é quantificada por B, a constante de proporcionalidade necessária, que é chamada de módulo volumétrico do material :
B = – Deformação unitária / deformação
B = -ΔP / (ΔV / V o )
Como ΔV / V ou é uma quantidade adimensional, uma vez que é a razão entre dois volumes, o módulo volumétrico possui as mesmas unidades de pressão, que no Sistema Internacional são Pascais (Pa).
O sinal negativo indica a redução esperada no volume, quando o objeto está suficientemente comprimido, ou seja, a pressão aumenta.
-Compressibilidade de um material
O valor inverso ou recíproco do módulo volumétrico é conhecido como compressibilidade e é indicado pela letra k. Portanto:
Aqui k é o negativo da mudança fracionária no volume devido a um aumento na pressão. Suas unidades no Sistema Internacional são o inverso do Pa, que é m 2 / N.
A equação para B ou para k, se preferível, é aplicável a sólidos e líquidos. O conceito de módulo volumétrico raramente é aplicado aos gases. Um modelo simples para quantificar a diminuição no volume que um gás real pode experimentar é explicado abaixo.
A velocidade do som e o módulo de compressibilidade
Uma aplicação interessante é a velocidade do som em um meio, que depende do seu módulo de compressibilidade:
Exercícios resolvidos-exemplos
Exercício -Resolvido 1
Uma esfera de latão sólido cujo volume é de 0,8 m 3 é lançada no oceano a uma profundidade em que a pressão hidrostática é 20 M Pa maior do que na superfície. Que mudança experimentará o volume da esfera? Sabe-se que o módulo de compressibilidade do latão é B = 35.000 MPa,
Solução
1 M Pa = 1 Mega pascal = 1. 10 6 Pa
A variação da pressão em relação à superfície é DP = 20 x 10 6 Pa. Aplicando a equação dada para B, você tem:
B = -ΔP / (ΔV / V o )
Portanto:
ΔV = -5,71,10 -4 x 0,8 m 3 = -4,57 x 10 -4 m 3
A diferença de volume pode ter um sinal negativo quando o volume final for menor que o volume inicial, portanto, este resultado está de acordo com todas as premissas que fizemos até o momento.
O módulo de compressibilidade tão alto indica que é necessária uma grande alteração na pressão para que o objeto experimente uma diminuição considerável no volume.
– Exercício resolvido 2
Colocar a orelha nos trilhos do trem é conhecido quando um desses veículos se aproxima à distância. Quanto tempo demora o som ao viajar em um trilho de aço se o trem estiver a 1 km?
Dados
Densidade do aço = 7,8 x 10 3 kg / m3
Módulo de compressibilidade em aço = 2,0 x 10 11 Pa.
Solução
O módulo de compressibilidade B calculado acima também é aplicado aos líquidos, embora geralmente seja necessário um grande esforço para produzir uma diminuição apreciável no volume. Mas os fluidos podem expandir ou contrair à medida que aquecem ou esfriam, e também se forem despressurizados ou pressurizados.
Para água em condições padrão de pressão e temperatura (0 ºC e uma atmosfera de pressão de aproximadamente 100 kPa), o módulo volumétrico é de 2100 MPa. Ou seja, cerca de 21000 vezes a pressão atmosférica.
Portanto, na maioria das aplicações, os líquidos são geralmente considerados incompressíveis. Isso pode ser verificado imediatamente com a aplicação numérica.
– Exercício resolvido 3
Encontre a diminuição fracionária no volume de água quando submetido a uma pressão de 15 MPa.
Solução
Compressibilidade em gases
Os gases, como explicado acima, funcionam um pouco diferente.
Para descobrir qual volume eles têm n moles de um dado gás quando ele é mantido confinado a uma pressão P e uma temperatura T , a equação de estado é usada. Na equação de estado para um gás ideal, onde as forças intermoleculares não são levadas em consideração, o modelo mais simples afirma que:
PV ideal = n. R. T
Onde R é a constante dos gases ideais.
Alterações no volume do gás podem ser realizadas a pressão constante ou a temperatura constante. Por exemplo, mantendo a temperatura constante, a compressibilidade isotérmica Κ T é:
Em vez do símbolo “delta” que foi usado antes ao definir o conceito de sólidos, um gás é descrito com uma derivada, neste caso uma derivada parcial em relação a P, mantendo T constante.
Portanto B t módulo isotérmico compressibilidade é:
E o módulo de compressibilidade adiabático B adiabático também é importante , para o qual não há fluxo de calor de entrada ou saída.
Adiabático B = γp
Onde γ é o coeficiente adiabático. Com este coeficiente, você pode calcular a velocidade do som no ar:
Aplicando a equação acima, encontre a velocidade do som no ar.
Dados
O módulo de compressibilidade adiabática do ar é 1,42 × 10 5 Pa
A densidade do ar é de 1.225 kg / m 3 (à pressão atmosférica e 15 ºC)
Solução
Em vez de trabalhar com o módulo de compressibilidade, como uma variação unitária do volume por variação de pressão, o fator de compressibilidade de um gás real pode ser interessante , um conceito diferente, mas ilustrativo, de como o gás real se compara ao gás ideal:
P. V real = ZR T
Onde Z é o coeficiente de compressibilidade do gás, que depende das condições em que é encontrado, sendo geralmente uma função da pressão P e da temperatura T, que podem ser expressas como:
Z = f (P, T)
No caso de um gás ideal Z = 1. Para gases reais, o valor de Z quase sempre aumenta com a pressão e diminui com a temperatura.
À medida que a pressão aumenta, as moléculas gasosas colidem com mais freqüência e as forças repulsivas entre elas aumentam. Isso pode levar a um aumento no volume de gás real, pelo qual Z> 1.
Por outro lado, a pressões mais baixas, as moléculas são livres para se mover e as forças de atração predominam. Nesse caso, Z <1.
Para o caso simples de 1 mol de gás n = 1, se as mesmas condições de pressão e temperatura forem mantidas, dividindo as equações acima, termo a termo, obtemos:
V real = ZV ideal
– Exercício resolvido 5
Existe um gás real nas pressões de 250 ºK e 15 atm, com volume molar 12% menor que o calculado pela equação de estado dos gases ideais. Se a pressão e a temperatura permanecerem constantes, encontre:
a) O fator de compressibilidade.
b) O volume molar de gás real.
c) Que tipo de forças predominam: atraentes ou repulsivas?
Solução
a) Se o volume real for 12% menor que o ideal, significa que:
V real = 0,88 V ideal
Portanto, para 1 mol de gás, o fator de compressibilidade é:
Z = 0,88
b) Escolha da constante de gás ideal com as unidades apropriadas para os dados fornecidos:
R = 0,082 L.atm / mol.K
O volume molar é calculado limpando e substituindo valores:
c) As forças atrativas predominam, uma vez que Z é menor que 1.
Referências
- Atkins, P. 2008. Físico-Química. Editorial médico pan-americano. 10-15.
- Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6 th . Ed Prentice Hall. 242 – 243 e 314-15
- Mott, R. 2006. Mecânica dos Fluidos. Pearson Education 13-14.
- Rex, A. 2011. Fundamentos de Física. Pearson Education. 242-243.
- Tipler, P. (2006) Física para Ciência e Tecnologia. 5º Ed. Volume 1. Editorial Reverté. 542