UMA processo isocórico São todos processos termodinâmicos em que o volume permanece constante. Esses processos são freqüentemente também chamados de isométricos ou isovolumétricos. Em geral, um processo termodinâmico pode ocorrer a pressão constante e é, portanto, denominado isobárico.
Quando ocorre a temperatura constante, nesse caso é considerado um processo isotérmico. Se não houver troca de calor entre o sistema e o meio ambiente, é denominado adiabático. Por outro lado, quando há um volume constante, o processo gerado é denominado isocórico.
No caso do processo isocórico, pode-se afirmar que nesses processos o trabalho pressão-volume é zero, pois resulta da multiplicação da pressão pelo aumento do volume..
Além disso, em um diagrama de pressão-volume termodinâmico, os processos isocóricos são representados na forma de uma linha reta vertical..
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Em termodinâmica, o trabalho é calculado a partir da seguinte expressão:
W = P ∙ ∆ V
Nesta expressão, W é o trabalho medido em Joules, P a pressão medida em Newton por metro quadrado e ∆ V é a variação ou aumento no volume medido em metros cúbicos..
Da mesma forma, o chamado primeiro princípio da termodinâmica estabelece que:
∆ U = Q - W
Nesta fórmula, W é o trabalho realizado pelo sistema ou no sistema, Q é o calor recebido ou emitido pelo sistema, e ∆ U é a variação de energia interna do sistema. Nesta ocasião, as três magnitudes são medidas em Joules.
Como em um processo isocórico o trabalho é nulo, verifica-se que:
∆ U = QV (uma vez que, ∆ V = 0 e, portanto, W = 0)
Em outras palavras, a variação da energia interna do sistema é devida exclusivamente à troca de calor entre o sistema e o meio ambiente. Nesse caso, o calor transferido é denominado calor de volume constante..
A capacidade calorífica de um corpo ou sistema resulta da divisão da quantidade de energia na forma de calor transferida para um corpo ou sistema em um determinado processo e a mudança de temperatura experimentada por ele..
Quando o processo é realizado em volume constante, falamos de capacidade de calor em volume constante e é denotado por Cv (capacidade de calor molar).
Será cumprido nesse caso:
Qv = n ∙ Cv ∙ ∆T
Nesta situação, n é o número de moles, Cv é a capacidade de calor molar acima mencionada em volume constante e ∆T é o aumento da temperatura experimentado pelo corpo ou sistema.
É fácil imaginar um processo isocórico, basta pensar em um processo que ocorre em volume constante; ou seja, em que o recipiente que contém a matéria ou sistema material não muda seu volume.
Um exemplo poderia ser o caso de um gás (ideal) encerrado em um recipiente fechado cujo volume não pode ser alterado por nenhum meio ao qual seja fornecido calor. Suponha o caso de um gás encerrado em uma garrafa.
Ao transferir calor para o gás, como já explicado, vai acabar resultando em um aumento ou aumento de sua energia interna.
O processo inverso seria o de um gás encerrado em um recipiente cujo volume não pode ser modificado. Se o gás for resfriado e fornecer calor ao ambiente, a pressão do gás será reduzida e o valor da energia interna do gás diminuirá.
O ciclo Otto é um caso ideal do ciclo usado pelas máquinas a gasolina. No entanto, seu uso inicial foi em máquinas que utilizavam gás natural ou outros tipos de combustíveis no estado gasoso..
Em qualquer caso, o ciclo ideal de Otto é um exemplo interessante de um processo isocórico. Ocorre quando, em um carro de combustão interna, a combustão da mistura gasolina-ar ocorre instantaneamente.
Nesse caso, ocorre um aumento da temperatura e da pressão do gás no interior do cilindro, permanecendo o volume constante..
Dado um gás (ideal) encerrado em um cilindro equipado com um pistão, indique se os seguintes casos são exemplos de processos isocóricos.
- 500 J de trabalho é feito no gás.
Nesse caso não seria um processo isocórico, pois para realizar um trabalho no gás é necessário comprimi-lo e, portanto, alterar seu volume..
- O gás se expande deslocando horizontalmente o pistão.
Mais uma vez, não seria um processo isocórico, pois a expansão do gás implica uma alteração no seu volume..
- O pistão do cilindro é fixado de modo que não possa se mover e o gás seja resfriado.
Desta vez seria um processo isocórico, pois não haveria variação de volume.
Determine a variação da energia interna que um gás contido em um recipiente com um volume de 10 L submetido a 1 atm de pressão experimentará se sua temperatura subir de 34 ºC para 60 ºC em um processo isocórico, conhecido como seu calor específico molar. Cv = 2,5R (sendo R = 8,31 J / mol K).
Por se tratar de um processo de volume constante, a variação da energia interna só ocorrerá em decorrência do calor fornecido ao gás. Isso é determinado com a seguinte fórmula:
Qv = n ∙ Cv ∙ ∆T
Para calcular o calor fornecido, é necessário primeiro calcular os moles de gás contidos no recipiente. Para isso, é necessário recorrer à equação do gás ideal:
P ∙ V = n ∙ R ∙ T
Nesta equação, n é o número de moles, R é uma constante cujo valor é 8,31 J / molK, T é a temperatura, P é a pressão a que o gás é submetido medida em atmosferas e T é a temperatura medida em Kelvin.
Resolva para n e obtenha:
n = R ∙ T / (P ∙ V) = 0,39 moles
De modo que:
∆ U = QV = n ∙ Cv ∙ ∆T = 0,39 ∙ 2,5 ∙ 8,31 ∙ 26 = 210,65 J
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