1) O documento é um relatório de investigação sobre gases e termodinâmica realizado por alunos do 12o ano da Escola Secundária de Namialo. 2) Aborda conceitos como parâmetros de estado de um gás, equação de estado do gás perfeito, isoprocessos isotérmico, isobárico e isovolúmico. 3) Inclui também informações sobre trabalho termodinâmico e a primeira lei da termodinâmica.

1. Escola Secundária de Namialo
Trabalho de Investigação de Física
Curso Diurno
12ª Classe
Turma C1/1
Tema:
Gases Termodinâmica
 Belto Gil João Sardina no
11
 Cardoso Gregorio no
14
 Julia Evaristo Victorino no
45
 Edson Januario Jose no
22
 Esmeralda Eduardo no
28
 Mamudo Momade Mansur no
48
 Mauro Francisco Junior no
51
Namialo,Setembro de 2023

2. Escola Secundária de Namialo
Curso Diurno
12ª Classe
Turma C1/1
3o
Trimestre
Tema:
Gases Termodinâmica
 Belto Gil João Sardina no
11
 Cardoso Gregorio no
14
 Julia Evaristo Victorino no
45
 Edson Januario Jose no
22
 Esmeralda Eduardo no
28
 Mamudo Momade Mansur no
48
 Mauro Francisco Junior no
51
Namialo,Setembro de 2023
Trabalho de caràcter avaliativo da
disciplina de Física do Ensino Geral, curso
diurno do 2o
ciclo, orientado de
departamento das disciplinas gerais da
Escola Secundària de Namialo. Leccionado
pelo docente:
Félix Francisco

3. Índice
Pág:
1.Introdução………………………………………………………………………………….. 4
1.2.Parâmetros de Estado. Gás perfeito ou ideal……………………………………………...5
1.3.Equação de estado do gás perfeito ou ideal……………………………………………….5
2.1.Isoprocessos. Diagramas dos isoprocessos (isotérmico, isobárico e isovolúmico)………..6
2.2.Processo isotérmico (Lei de Boyle – Mariotte)……………………………………………6
2.3.Processo isobárico ( Lei de Gay- Lussac)…………………………………………………7
3.Processo isovolúmico (Lei de Charles)……………………………………………………...8
3.1.Trabalho termodinâmico…………………………………………………………………...8
3.2.Primeira lei da Termodinâmica…………………………………………………………....10
3.3.Aplicação da 1ª Lei da Termodinâmica aos isoprocessos…………………………………10
4. Conclusão……………………………………………………………………………………11
4.1.Bibliografia………………………………………………………………………………...12

4. Introdução
O presente trabalho é da disciplina de Física 12ª classe com o tema Gases Termodinâmica O
trabalho tem como objectivo geral desenvolver o tema abordando, explicando os mínimo
detalhes do mesmo.
E está constituído por (4) quatro partes nomeadamente; introdução, desenvolvimento, conclusão
e as referências bibliográfica. Na introdução, estão os preliminares e a constituição do trabalho,
no desenvolvimento estão as informações encontrados sobre o tema e os subtítulos e na
conclusão estão as conclusões tirados do trabalho e de seguidas as referências que tornaram
possível esta pesquisa.
4

5. TERMODINÂMICA
.
Termodinâmica é a parte da Física que estuda as transformações entre o calor e trabalho.
1.Parâmetros de Estado. Gás perfeito ou ideal
Gás ideal é aquele cujas partículas se encontram muito distantes uma das outras, sendo
desprezível a interação entre as suas partículas constituintes.
Parâmetros do estado são as grandezas físicas que caracterizam o estado de um gás,
nomeadamente, o volume V, a pressão p, e a temperatura T, que são denominadas também,
variáveis do estado de gás.
Se a temperatura de um gás não for muito baixa em comparação com a temperatura ambiente e
se a sua pressão não for muito alta em comparação com 1,013x 105
pa, considera-se que entre as
partículas do gás não existem interacções intermoleculares e por essa razão, alguns gases reais
tendem a comportar-se como gases ideais. O conceito de gás perfeito ou ideal é um modelo
muito útil no estudo dos gases reais.
Gás perfeito ou ideal é o gás cujas partículas se encontram muito distantes, sendo desprezível a
interacção entre s suas partículas constituintes.
Um gás perfeito ou ideal apresenta as seguintes características:
 O movimento das suas particulas é caótico e desordenado (movimento browniano);
 Não existe forças de atracão entre suas partículas, sendo desprezível a força gravítica das
mesmas;
 O diametro das suas particulas é desprezível em comparação com a distância entre uma
partícula e outra;
 Os choques entre as suas particulas e com as paredes são perfeitamente elásticos.
Para a descrição do estado em que um gás se encontra empregam-se grandezas físicas
denominadas <<
Parâmetros de estado>>.
Parâmetros de estado são grandezas físicas que caracterizam o estado de um determinado gás.
Os parâmetros de estado de um gás, nomeadamente, a temperatura, a pressão e o volume,
encontram-se relacionados numa equação chamada equação de estado do gás perfeito.
2.Equação de estado do gás perfeito ou ideal
A relação entre os parâmetros de estado de um gás perfeito ou ideal é dada pela equação de
estado chamada ≪ equação de Clapeyron-Mendeleev ≫ abaixo apresenta:
PV= nRT,
Onde: P-é a pressão; V- é o volume; n- é número de moles; R – é a constante universal dos gases
perfeitos; T- é a Temperatura absoluta.
Refere-se que a temperatura absoluta T é expressa na escala Kelvin (K) e a sua relação com a
escala Celsius (Escala centígrada) é: T=𝑡℃ + 273. Por vezes, a temperatura apresenta-se expressa
na escala Fahrenheit e a sua relação com escala Celsius é:
𝑡℃
100
=
𝑡℉−32
180
.O valor tomado para a
constante universal dos gases perfeitos é R = 8,31
𝐽
𝑚𝑜𝑙.𝐾
Ou R= 8,31J.Mol-1
.K -1
.
Conhecendo a massa, m, do gás e a massa de mol dessa substancia, M, é possível calcular o
número de moles, n, através da relação n =
𝑚
𝑀
.
5

6. Quando uma determinada massa gasosa se encontra à temperatura de 273 K e à pressão de 1,013
x 105
pa, dizemos que ela se encontra nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP).
Amedeo Avogadro, cujo enunciado é o seguinte:
Nas condições normais de temperatura e pressão, o volume de qualquer gás é igual a 22,4 litros
e contém 6,023 x 1023
partículas.
O número NA= 6,023 x 1023
é conhecido por número de Avogadro.
A relação entre o número de moles e o número de moléculas é dada pela expressão: N = nNA ,
onde N é o numero de moléculas.
3.Isoprocessos. Diagramas dos isoprocessos (isotérmico, isobárico e isovolúmico)
As transformações que ocorrem num gás sem que haja variação da massa nem de um dos
parâmetros de estado do mesmo são denominadas isoprocessos.
Isoprocessos são transformações gasosas que ocorrem sem a variação da massa com um dos
parâmetros de estado constante.
Distinguem-se três isoprocessos: isotérmico, isobárico e isovolúmico.
3.1 Processo isotérmico (Lei de Boyle – Mariotte)
No processo isotérmico estuda-se a relação entre a pressão e o volume de um gás sem que haja
mudança da temperatura.
Processo isotérmico é o processo termodinâmico que ocorre num gás a temperatura constante.
A relação entre a pressão e o volume de um gás mantido a temperatura constante foi estudado
pelo cientista R. Boyle e pelo físico E. Mariotte que formularam uma lei conhecida por lei de
Boyle-Mariotte, cujo enunciado é o seguinte:
Para uma transformação isotérmica a pressão de um gás é inversamente proporcional ao seu
volume.
P1. V1 = P2. V2
O gráfico que se obtém da variação da pressão em função do volume é uma hipérbole e chama-se
linha isotérmica ou isoterma (figura 1)
6

7. Para um processo isotérmico podemos representar os seguintes diagramas ( figura 2)
3.2 Processo isobárico ( Lei de Gay- Lussac)
O processo isobárico foi detalhadamente estudado pelo físico L. Gay-Lussac tendo estabelecido
a relação entre a temperatura e o volume de um gás sem que haja mudança da sua pressão.
Processo Isobárico é o processo termodinâmico que ocorre num gás mantido a pressão constante
pode ser estabelecida a partir da Lei de Gay-Lussac abaixo:
Numa transformação isobárica de um gás a temperatura e o volume são directamente
proporcionais.
𝑉1
𝑇1
=
𝑉2
𝑇2
O gráfico de uma transformação gasosa que ocorre com a variação do volume em função de
temperatura absoluta mantendo constante a pressão é uma linha recta denominada linha isobárica
ou isóbara (figura 3). Os diagramas de uma transformação isobárica estão representados na
figura.4.
7

8. 3.3 Processo isovolúmico (Lei de Charles)
No processo isovolúmico, também conhecido por processo isocórico, estuda-se a relação entre
a pressão e a temperatura de um gás sem que haja mudança de volume.
Processo isovolumico é o processo termodinâmico que ocorre num gás a volume constante.
A relação entre a pressão e a temperatura de um gás mantido a volume constante foi estudada
por Jacques Charles, tendo enunciado uma lei o seu nome:
Durante uma transformação isovolúmica de um gás, a pressão é directamente proporcional à
temperatura.
𝑃1
𝑇1
=
𝑃2
𝑇2
Os diagramas do processo isovolúmico estão representados na figura 5.
4.Trabalho termodinâmico
A termodinâmica é um ramo da física em que se estudam os processos que decorrem da
conversão entre calor e outras formas de energia. Anteriormente, vimos que o movimento
caótico das partículas de um gás depende da temperatura, pois uma variação desta influencia a
variação desse movimento. Deste modo, podemos dizer que um gás pode expandir-se devido a
um acréscimo de temperatura no seu seio.
Consideremos um cilindro com um êmbolo móvel e que contém uma determinada massa de
gás (figura 6). Se a pressão no interior de cilindro for igual à pressão do ambiente exterior, o
êmbolo do cilindro não irá mover-se (figura 6 - situação 1).
Se aquecermos o gás no interior do cilindro, ele irá expandir-se (dilatar) e, pouco a pouco,
verificar-se-á um movimento do êmbolo de cilindro (figura 6 - situação 2)
8

9. Assim, à custa da temperatura, a expansão do gás significa realização de trabalho sobre as suas
partículas. É por isso que escrevemos o trabalho termodinâmico de modo:
𝑊 = 𝐹. ∆𝑥(1)
Na equação (1) introduzimos a relação entre a pressão do gás e a força que as suas partículas
constituem exercem no êmbolo, a saber:
𝑃 =
𝐹
𝐴
⇒ 𝐹 = 𝑃. 𝐴(2) 𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑊 = 𝑃. 𝐴. ∆𝑥 (3)
Na última expressão, o produto dos dois últimos factores corresponde à variação do volume do
gás durante a sua expansão da situação 1 para a situação 2:
𝐴 = ∆𝑥 = ∆𝑉 (4)
Substituindo (4) em (3), teremos a expressão do trabalho termodinâmico de um gás na forma:
𝑊 = 𝑃 . ∆𝑉.
Nas transformações isocóricas, um gás não realiza trabalho, pois não ocorre variação de
volume. Na expansão de um gás, este realiza trabalho positivo e as forças exteriores trabalho
negativo; na compressão, o gás realiza trabalho negativo e as forças exteriores trabalho positivo.
Sendo o trabalho uma medida de transferência de energia entre sistemas, neste processo de
realização de trabalho ocorrem transferências de energia do sistema para o exterior no decorrer
da expansão, e do exterior para o sistema no processo de compressão.
Sintetizando, o trabalho realizado pelo sistema é negativo e o trabalho realizado sobre o
sistema é positivo.
O facto de um gás comprimido poder realizar trabalho ao sofrer um aumento da sua temperatura
emprega-se, por exemplo, para abrir e fechar as portas de certos machimbombos
(autocarros)usando bombas pneumáticas.
9

10. 5. Primeira lei da Termodinâmica
Uma importante lei baseada na teoria termodinâmica, a Lei de conservação de Energia, diz que
<<
a energia de um sistema não pode ser criada nem destruída, mas sim transformada de uma
forma para outra ou transferida entre sistemas >>
. Na termodinâmica, a Lei da Conservação de
Energia é conhecida por Primeira Lei da Termodinâmica. Esta estabelece uma equivalência entre
o trabalho e o calor trocados entre um sistema e o seu meio exterior e tem o seguinte enunciado:
A variação da energia interna de um sistema depende da quantidade de calor recebida ou
cedida e do trabalho realizado por ou sobre o sistema.
∆𝑈 = ∆𝑄 + 𝑊
Onde: ∆𝑄-é a energia transferida como calor; ∆𝑈 − é a variação da energia interna; W – é a
energia transferida como trabalho.
Convencionou-se que calor recebido e o trabalho realizado sobre um sistema termodinâmico
têm valores positivos e, quando o sistema termodinâmico cede calor e/ou realiza trabalho sobre o
meio, este têm valores negativos. A energia interna é o somatório da energia potencial interna e
da energia cinética interna. A sua variação, ∆𝑈, deve-se à variação da energia cinética do
movimento térmico das partículas do gás.
5.1 Aplicação da 1ª Lei da Termodinâmica aos isoprocessos
Da primeira Lei da Termodinâmica, é fácil concluir o seguinte:
 Num processo isotérmico, a variação de energia interna de um sistema é dada por ∆𝑈 =
𝑊, uma vez que a temperatura é constante e 𝑄 = 0
 Num processo isobárico, o aumento da temperatura implica o aumento do volume, da-se
a expansão do sistema, o calor recebido é positivo e o trabalho realizado pelo sistema é
negativo:
𝑄 > 0; 𝑊 < 0 ⇒ ∆𝑈 > 0 .
Quando a temperatura do sistema diminui, verifica-se uma diminuição do seu volume,
dá-se a compressão do sistema, o calor é negativo e o trabalho realizado sobre o sistema
positivo:
𝑄 < 0; 𝑊 > 0 ⇒ ∆𝑈 < 0.
 No processo isovolúmico, onde não há variação de volume do sistema, não ocorre
realização de trabalho pelo ou sobre o sistema:
∆𝑉 = 0 ⇒ 𝑊 = 0 ⇒ ∆𝑈 = 𝑄.
10

11. Conclusão
Chegando ao fim deste trabalho concluímos que Termodinâmica é a parte da Física que estuda
as transformações entre o calor e trabalho. Gás ideal é aquele cujas partículas se encontram
muito distantes uma das outras, sendo desprezível a interação entre as suas partículas
constituintes. Parâmetros do estado são as grandezas físicas que caracterizam o estado de um gás,
nomeadamente, o volume V, a pressão p, e a temperatura T, que são denominadas também,
variáveis do estado de gás.
11

12. Referencias Bibliografia
GUIBUNDA, Gina e JEQUE ,João, O meu caderno de actividades de fisica- 12ª classe,
MINEDH, S/E, S/L, 2010, PP (29-32)
MANUEL JOÃO, Estevão, pré- universitário - Física 12ª, Ed.Longman Moçambique, 1ª Edição,
Maputo, 2010, PP (115-120)
12