Transformação isobárica

Transformações gasosas levam em conta as variáveis de estado. São elas: pressão, volume e temperatura. Na transformação isobárica, a pressão é constante e as demais grandezas variam.

Transformação isobárica é um tipo de transformação termodinâmica. Dessa forma, ela acontecerá caso a pressão em um gás permaneça constante. Esse tipo de fenômeno está presente em nosso cotidiano em diversos casos. Por isso, veja o que é, exemplos e o que acontece em uma transformação cuja pressão é constante.

O que é a transformação isobárica

A transformação isobárica corresponde à mudanças em gases cuja pressão é constante. Ou seja, na mudança de estado para um gás cuja pressão não se altera, o volume e a temperatura variam. Dessa maneira, há uma lei física que explica esse tipo de transformação. Essa é a Lei de Charles e Gay-Lussac.

A Lei de Charles e Gay-Lussac diz que: “se a pressão de uma massa de gás é constante, então a razão entre volume e temperatura também são constantes”.

Exemplos

  • Bexigas: quando a temperatura do gás de uma bexiga aumenta, seu volume aumenta. Porém, a pressão externa é constante. Consequentemente, algo análogo acontecerá com a diminuição da temperatura.
  • Balão de ar quente: os balões de ar quente inflam porque a temperatura do ar dentro do balão aumenta. Assim, o volume do ar também aumentará.

Esse tipo de mudança é comum em nosso cotidiano. Além disso, entender o que acontece durante essa transformação gasosa é ideal para compreendê-la.

O que acontece na transformação isobárica

Durante uma transformação na qual a pressão é constante, a energia cinética das moléculas aumentará. Isso acontece devido ao aumento da temperatura. Consequentemente, o volume ocupado durante seu movimento também aumentará. Por isso é que um balão de ar quente pode inflar, por exemplo. Dessa forma, pela Lei de Charles e Gay-Lussac, a fórmula da transformação isobárica é:

Onde:

  • V: volume do gás (m3).
  • T: temperatura (K).
  • k: constante.

Note que a razão entre o volume e a temperatura deve ser constante. Isto é, caso um aumente, o outro deve aumentar da mesma maneira. Isso pode ser observado por meio do diagrama de clapeyron.

Gráficos e diagramas

Durante as mudanças gasosas, é possível fazer os gráficos entre as grandezas que variam. Por exemplo, nesse caso, o gráfico é do volume pela temperatura. Além disso, assim como toda transformação gasosa, é possível analisar o diagrama de Clapeyron. O qual depende da pressão e do volume.

Gráfico

Fonte: Wikimedia

A relação entre o volume e a temperatura é linear. Além disso, a variação do volume acontece conforme a temperatura altera seu valor. Assim, o gráfico é uma linha reta e seu coeficiente angular será igual ao valor da razão entre V e T.

Diagrama

Fonte: Wikimedia

A pressão é constante. Assim, o gráfico é uma reta horizontal. Além disso, a área sob o gráfico é numericamente igual ao trabalho realizado pelo gráfico. Dessa maneira, nesse caso, o trabalho é dado pela área de um retângulo.

A transformação isobárica pode se unir com outras transformações gasosas em um ciclo termodinâmico. Por isso, é necessário aprofundar os conhecimentos sobre essa mudança gasosa.

Vídeos sobre transformação isobárica

Estudar termodinâmica pode ser estressante. Afinal, assim como na transformação que estudamos nesse texto, a pressão é constante. Dessa maneira, para que seu trabalho seja positivo, selecionamos alguns vídeos sobre esse assunto. Confira:

Experimento sobre transformações gasosas

O professor Claudio Furukawa realiza um experimento sobre mudanças de estado. Por isso, é possível observar como um gás se comporta durante uma transformação à pressão constante. Além disso, esse experimento pode ser repetido em feiras de ciência.

Equação geral dos gases e transformações gasosas

O professor Marcelo Boaro explica como é possível obter a equação geral dos gases por meio das transformações gasosas. Para isso, ele relembra os tipos de transformação. Por exemplo, isocórica, isobárica, isotérmica e adiabática. Além disso, ao fim do vídeo, Boaro resolve um exercício de aplicação.

Transformações gasosas

O canal Chama o Físico explica três das quatro transformações gasosas. Isto é, todas aquelas que possuem o prefixo “iso”. Por exemplo, isocórica, isobárica e isotérmica. Para isso, o vídeo é conduzido de maneira descontraída e didática..

Transformações gasosas podem formar ciclos termodinâmicos. Consequentemente, elas podem auxiliar na compreensão das máquinas térmicas. Além disso, um ciclo que é muito estudado é o ciclo de Carnot.

Referências

YOUNG, H. D. et al. Física II: Termodinâmica e ondas. São Paulo: Addison & Wesley. 2016
HALLIDAY, D. et al. Física: Volume 2. Rio de Janeiro: Pearson. 2008
NUSSENZVEIG, H. D. Curso de Física Básica: Volume 2. Rio de Janeiro: Blucher. 2014

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Transformação isobárica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/transformacao-isobarica. Acesso em: 19 de June de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [UFRGS]

Considere a seguinte transformação que ocorre com uma amostra gasosa de massa “m” apresentando comportamento de gás ideal.

O gráfico que melhor representa essa transformação é:

Alternativa correta: A

Note que a pressão é igual para as duas fases da expansão. Logo, trata-se de uma transformação isobárica.
Por isso, o gráfico que melhor descreve essa transformação é o apresentado na primeira alternativa.

2. [UnB]

Um balão que contém gás oxigênio (O2), mantido sob pressão constante, tem volume igual a 10 L, a 27°C. Se o volume for dobrado, podemos afirmar que:

a) A temperatura em C° dobra.

b) A temperatura em K dobra.

c) A temperatura em K diminui à metade.

d) A temperatura em °C diminui à metade.

e) A temperatura em K aumenta de 273 K.

Alternativa correta: B

Trata-se de uma transformação isobárica, porque a pressão é constante. Assim, volume e temperatura, na escala kelvin, são diretamente proporcionais. Contudo, a temperatura em celsius não é diretamente proporcional ao volume. Dessa forma, se o volume dobra, a temperatura em kelvin também dobra.

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