Um processo isotérmico é um tipo de transformação termodinâmica em que a temperatura do sistema permanece constante ao longo de todo o processo. Isso significa que a energia interna do sistema permanece constante, enquanto o calor e o trabalho trocados com o ambiente são equilibrados de forma a manter a temperatura constante.
Um exemplo comum de processo isotérmico é a expansão de um gás em um cilindro com pistão, mantendo a temperatura constante ao longo do processo. Outro exemplo seria a compressão isotérmica de um gás em um ciclo de refrigeração.
Exercícios envolvendo processos isotérmicos podem incluir o cálculo do trabalho realizado ou do calor trocado durante a transformação, utilizando as equações termodinâmicas apropriadas. É importante ter em mente que, em um processo isotérmico, a variação de energia interna é nula, o que simplifica os cálculos.
Transformação isotérmica: conceito e exemplos práticos de sua aplicação na termodinâmica.
Um processo isotérmico é aquele em que a temperatura do sistema permanece constante ao longo de toda a transformação. Isso significa que a energia térmica é trocada com o ambiente de forma que a temperatura se mantenha constante. Esse tipo de transformação é comum em sistemas termodinâmicos, onde a temperatura é controlada para garantir a estabilidade do processo.
Um exemplo prático de um processo isotérmico é a compressão de um gás ideal em um cilindro com pistão móvel. Se o gás é comprimido lentamente e de forma controlada, a temperatura do sistema se mantém constante durante todo o processo. Isso ocorre porque a energia térmica gerada pela compressão é dissipada para o ambiente, mantendo a temperatura do sistema constante.
Outro exemplo de processo isotérmico é a expansão de um gás em um motor térmico. Nesse caso, a temperatura do sistema é controlada para garantir que a expansão do gás ocorra de forma eficiente, sem variações bruscas de temperatura que possam afetar o funcionamento do motor.
Esse tipo de processo é comum em sistemas termodinâmicos, onde a temperatura é controlada para garantir a estabilidade e eficiência do processo.
Significado do processo isotérmico: variação de temperatura constante em um sistema termodinâmico.
O processo isotérmico é um conceito fundamental na termodinâmica que se refere a uma variação de temperatura constante em um sistema termodinâmico. Isso significa que, durante todo o processo, a temperatura do sistema permanece a mesma, sem sofrer alterações. Em outras palavras, a energia térmica é trocada com o ambiente de forma que a temperatura se mantenha constante.
Um exemplo comum de processo isotérmico é a expansão de um gás ideal em um cilindro com pistão adiabático. Nesse caso, o gás se expande lentamente, de modo que a temperatura do sistema se mantém constante. Outro exemplo é a compressão de um gás em um sistema fechado, onde a temperatura do gás permanece a mesma ao longo do processo.
Para entender melhor o conceito de processo isotérmico, podemos realizar exercícios simples. Por exemplo, podemos calcular a quantidade de calor trocada durante um processo isotérmico, utilizando a equação Q = nRTln(Vf/Vi), onde Q representa o calor trocado, n é a quantidade de matéria, R é a constante dos gases, T é a temperatura e Vf e Vi são os volumes final e inicial, respectivamente.
É importante compreender esse conceito para analisar e resolver problemas relacionados à termodinâmica.
Passo a passo para criar uma conta mantendo a temperatura constante.
Um processo isotérmico é um tipo de transformação termodinâmica em que a temperatura do sistema permanece constante durante todo o processo. Isso significa que a energia interna do sistema permanece a mesma, mesmo que haja trocas de calor com o ambiente.
Para criar uma conta mantendo a temperatura constante, siga os seguintes passos:
Passo 1: Escolha um recipiente adequado para armazenar o sistema e garantir que a temperatura seja mantida de forma uniforme.
Passo 2: Adicione o material necessário ao recipiente, garantindo que a temperatura inicial seja a desejada para o processo isotérmico.
Passo 3: Certifique-se de que o recipiente está bem isolado termicamente para evitar trocas de calor com o ambiente.
Passo 4: Monitore constantemente a temperatura do sistema e faça os ajustes necessários para mantê-la constante ao longo do processo.
Um exemplo prático de processo isotérmico é a expansão de um gás ideal em um pistão isolado termicamente. Durante a expansão, a temperatura do gás permanece constante, garantindo que a energia interna do sistema não se altere.
Para fixar o conceito, você pode tentar resolver o seguinte exercício: um mol de um gás ideal sofre uma expansão isotérmica de 2 litros para 10 litros a uma temperatura de 300 K. Qual é o trabalho realizado pelo gás durante o processo?
Espero que este artigo tenha esclarecido o que é um processo isotérmico e como criar uma conta mantendo a temperatura constante. Lembre-se de sempre manter a temperatura sob controle para garantir a eficácia do processo.
Entenda o significado de uma reação isotérmica e suas características principais de temperatura constante.
Um processo isotérmico é aquele em que a temperatura permanece constante ao longo de toda a reação. Isso significa que a energia térmica trocada com o ambiente é exatamente igual à energia absorvida ou liberada durante a reação, mantendo a temperatura constante. Esse tipo de processo é muito comum em sistemas termodinâmicos, onde a temperatura é um parâmetro importante a ser controlado.
As características principais de uma reação isotérmica são a temperatura constante e a ausência de variação térmica durante todo o processo. Isso permite que as equações termodinâmicas sejam mais facilmente aplicadas, pois a temperatura é um valor conhecido e constante.
Um exemplo de processo isotérmico é a expansão de um gás ideal a temperatura constante. Nesse caso, a temperatura do gás permanece constante durante todo o processo de expansão, mantendo a energia térmica do sistema inalterada.
Para ilustrar melhor o conceito, podemos pensar em um exercício simples: imagine um recipiente com um gás ideal a uma temperatura inicial de 300K. Se esse gás se expandir isotermicamente, mantendo a temperatura constante, qual será a temperatura final do gás após a expansão? A resposta é que a temperatura final também será de 300K, pois em um processo isotérmico a temperatura não varia.
O que é um processo isotérmico? (Exemplos, exercícios)
A isotérmica processo isotérmico ou é um processo termodinâmico reversível na qual a temperatura permanece constante. Em um gás, há situações em que uma mudança no sistema não produz variações de temperatura, mas de características físicas.
Essas mudanças são as mudanças de fase, quando a substância muda de sólido para líquido, de líquido para gás ou vice-versa. Nesses casos, as moléculas da substância reajustam sua posição, adicionando ou removendo energia térmica.
A energia térmica necessária para que uma mudança de fase ocorra em uma substância é chamada calor latente ou calor de transformação.
Uma maneira de tornar um processo isotérmico é colocar a substância que será o sistema em estudo em contato com um depósito térmico externo, que é outro sistema com alta capacidade calórica. Dessa maneira, ocorre uma troca de calor tão lenta que a temperatura permanece constante.
Esse tipo de processo ocorre com frequência na natureza. Por exemplo, nos seres humanos quando a temperatura corporal aumenta ou diminui, nos sentimos doentes, porque em nosso corpo inúmeras reações químicas que sustentam a vida ocorrem a uma temperatura constante. Isso é verdade para animais de sangue quente em geral.
Outros exemplos incluem gelo que derrete no calor da primavera e cubos de gelo que esfriam a bebida.
Exemplos de processos isotérmicos
-O metabolismo dos animais de sangue quente é realizado a uma temperatura constante.
-Quando a água ferve, ocorre uma mudança de fase, de líquido para gás, e a temperatura permanece constante a aproximadamente 100 º C, pois outros fatores podem influenciar o valor.
O derretimento do gelo é outro processo isotérmico frequente, assim como colocar água no freezer para fazer cubos de gelo.
– Motores de automóveis, geladeiras e muitos outros tipos de máquinas funcionam corretamente em uma certa faixa de temperatura. Dispositivos chamados termostatos são usados para manter a temperatura adequada . Vários princípios operacionais são usados em seu design.
O ciclo de Carnot
Um motor Carnot é uma máquina ideal a partir da qual o trabalho é obtido graças a processos totalmente reversíveis. É uma máquina ideal porque não considera processos que dissipam energia, como a viscosidade da substância que faz o trabalho, nem o atrito.
O ciclo de Carnot consiste em quatro estágios, dois dos quais são precisamente isotérmicos e os outros dois adiabáticos. Os estágios isotérmicos são a compressão e expansão de um gás responsável pela produção de trabalho útil.
Um motor de automóvel opera com princípios semelhantes. O movimento de um pistão dentro do cilindro é transmitido para outras partes do carro e produz movimento. Não possui o comportamento de um sistema ideal como o do motor de Carnot, mas os princípios termodinâmicos são comuns.
Cálculo do trabalho realizado em um processo isotérmico
Para calcular o trabalho realizado por um sistema quando a temperatura é constante, é preciso usar a primeira lei da termodinâmica, que afirma:
ΔU = Q – W
Esta é outra maneira de expressar a conservação de energia no sistema, apresentada através de ΔU ou mudança de energia, Q como o calor fornecido e, finalmente , W , que é o trabalho realizado pelo referido sistema.
Suponha que o sistema em questão seja um gás ideal contido no cilindro de um pistão em movimento da área A , que funciona quando seu volume V muda de V 1 para V 2 .
A equação de estado de gás ideal é PV = nRT , que relaciona o volume com a pressão P e temperatura T . Os valores de n e R são constantes: n é o número de mols do gás e R a constante dos gases. No caso de um processo isotérmico, o produto fotovoltaico é constante.
Bem, o trabalho realizado é calculado através da integração de um pequeno trabalho diferencial, no qual uma força F produz um pequeno deslocamento dx:
dW = Fdx = PAdx
Como Adx é exatamente a variação do volume dV , então:
dW = PoE
Para obter o trabalho total em um processo isotérmico, a expressão de dW é integrada:
A pressão P e o volume V são plotados em um diagrama fotovoltaico como o mostrado na figura e o trabalho realizado é equivalente à área sob a curva:
Como ΔU = 0, já que a temperatura permanece constante, em um processo isotérmico, temos que:
Q = W
– Exercício 1
Um cilindro com um pistão móvel contém um gás ideal a 127 ºC. Se o pistão se deslocar para 10 vezes o volume inicial, mantendo a temperatura constante, encontre o número de mols de gás contido no cilindro, se o trabalho realizado no gás for 38.180 J.
Dados : R = 8,3 J / mol. K
Solução
A afirmação afirma que a temperatura permanece constante, então estamos na presença de um processo isotérmico. Para o trabalho realizado no gás, temos a equação deduzida anteriormente:
127 º C = 127 + 273 K = 400 K
Resolva para n, o número de moles:
n = W / RT ln (V2 / V1) = -38 180 J / 8,3 J / mol K x 400 K x ln (V 2 / 10V 2 ) = 5 moles
Um sinal negativo foi colocado antes do trabalho. O leitor atento deve ter notado na seção anterior que W foi definido como “o trabalho realizado pelo sistema” e possui um sinal de +. Portanto, o “trabalho realizado no sistema” carrega um sinal negativo.
– Exercício 2
Há ar em um cilindro com um pistão. Inicialmente, existem 0,4 m 3 de gás sob pressão de 100 kPa e 80 º C de temperatura. O ar é comprimido para 0,1 m 3, garantindo que a temperatura no interior do cilindro permaneça constante durante o processo.
Determine quanto trabalho é feito durante esse processo.
Solução
Usamos a equação para o trabalho deduzido anteriormente, mas o número de moles é desconhecido, o que pode ser calculado com a equação do gás ideal:
80 º C = 80 + 273 K = 353 K.
P 1 V 1 = nRT → n = P 1 V 1 / RT = 100000 Pa x 0,4 m 3 / 8,3 J / mol. K x 353 K = 13,65 mol
W = nRT ln (V 2 / V 1 ) = 13,65 mole x 8,3 J / mol. K x 353 K x ln (0,1 / 0,4) = -55.442,26 J
Novamente, o sinal negativo indica que o trabalho foi realizado no sistema, o que sempre acontece quando o gás é comprimido.
Referências
- Bauer, W. 2011. Física para Engenharia e Ciências. Volume 1. Mc Graw Hill.
- Cengel, Y. 2012. Termodinâmica. 7 ma Edition. McGraw Hill.
- Figueroa, D. (2005). Série: Física para Ciência e Engenharia. Volume 4. Fluidos e Termodinâmica. Editado por Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Física para cientistas e engenharia: uma abordagem estratégica.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentos de Física. 9 na Aprendizagem Cengage.
- Wikipedia. Processo isotérmico. Recuperado de: en.wikipedia.org.