Transformação isocórica

Transformações gasosas ocorrem com a variação de três variáveis: pressão, temperatura e volume. Se o volume é mantido constante, o processo recebe o nome de transformação isocórica.

A transformação isocórica é um processo termodinâmico onde gases, em um sistema fechado, sofrem alteração de pressão e temperatura, porém o volume é constante. É um fenômeno presente no cotidiano em latas de desodorantes aerossóis, por exemplo. Saiba mais sobre esse processo, veja os gráficos de uma função isocórica e alguns exemplos do fenômeno aplicado ao dia-a-dia.

Índice do conteúdo:

O que é uma transformação isocórica

Também conhecida como transformação isovolumétrica, a transformação isocórica é um processo termodinâmico em que gases, confinados em sistemas fechados, sofrem algum tipo de alteração em pressão e temperatura, mas mantêm seu volume constante. O nome do processo é derivado das palavras gregas “isos” (igual) e “khóra” (espaço, volume).

Foi estudada independentemente por dois cientistas franceses, Jacques Alexandre César Charles e Joseph Louis Gay-Lussac, que acabaram chegando às mesmas conclusões, propondo a Lei de Charles-Gay-Lussac: “Para uma certa massa fixa de gás, com seu volume constante, sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura.”

A alteração de pressão no sistema será diretamente proporcional à mudança de temperatura, ou seja, se determinado gás sofre um aquecimento em que sua temperatura passe a ser o dobro da inicial, sua pressão final também será duplicada. O mesmo acontece para o resfriamento do gás, porém nesse caso a pressão diminui na mesma proporção que a temperatura abaixa. Veja abaixo alguns exemplos da transformação isocórica.

Exemplos

  • Lata de desodorante aerossol: as latas de desodorantes são recipientes rígidos e, consequentemente, de volume constante. Caso ela seja aquecida, o gás contido dentro dela sofre um aumento de temperatura e de pressão, causando risco de explosão da lata, por isso existe o aviso nos rótulos das embalagens de desodorante de não armazenar em lugares de elevada temperatura.
  • Pneu de carro: considerando que os pneus de um carro possuam um caráter inelástico, ou seja, de volume constante, durante uma viagem eles se aquecem devido ao atrito com a estrada. Isso faz com que sua temperatura interna aumente. Sendo assim, ao final do percurso, é possível perceber que a calibragem do pneu mostra um valor maior que no início, justamente por conta da transformação isocórica que aconteceu.

Nesse sentido, é importante salientar que não se deve calibrar pneus de carros com pressões muito altas. Conforme o aquecimento durante uma viagem, corre o risco de estourar o pneu com o aumento da pressão interna. É preciso verificar qual a pressão ideal de calibragem de cada pneu nas diferentes situações de trânsito.

Equação para expressar a transformação isocórica

Nesse processo em que o volume é mantido constante e há variação em pressão e temperatura, a relação pode ser expressa matematicamente da seguinte maneira:

equação da transformação isocorica

Em que:

  • p: pressão (em Pa ou atm)
  • T: temperatura (em Kelvin)
  • K: constante

Note que a pressão e temperatura devem ser diretamente proporcionais, ou seja, na medida que uma aumenta, a outra também sofre a alteração com a mesma intensidade. Além disso, a relação entre p/T é sempre constante. Portanto, é possível observar graficamente o processo, como mostrado no tópico seguinte.

Gráfico de uma função isocórica

Tendo em vista que a equação matemática que determina uma transformação isocórica é uma função linear, ou seja, do tipo f(x) = ax, o gráfico obtido é uma reta. Isso comprova a proporcionalidade entre as grandezas avaliadas. Veja abaixo o gráfico da relação entre pressão x temperatura e do gráfico da relação de pressão x volume.

gráfico da função isocorica ou isovolumétrica
Gráficos de uma função isocórica.

O gráfico 1 mostra a relação pressão x temperatura. Essa relação é linear e o gráfico é uma linha reta onde o coeficiente angular dela será igual ao valor da razão entre p e T. Já o gráfico 2, comprova que em uma transformação isocórica, o volume não se altera com o aumento da pressão, por exemplo.

Entender graficamente como ocorre esse processo termodinâmico é importante para a resolução de exercícios. A transformação isocórica pode se unir com as demais transformações gasosas, tornando o estudo da termodinâmica essencial para vestibulares e provas como o ENEM.

Vídeos sobre a transformação isovolumétrica

Veja abaixo alguns vídeos que foram selecionados para ajudar a assimilar o conteúdo estudado:

Entendendo a transformação isocórica

Entre as transformações gasosas, a transformação isocórica é aquela em que o volume é mantido constante, portanto pode ser chamada também de “isovolumétrica”. Para descrever esse fenômeno a Lei de Charles-Gay-Lussac, ou apenas Lei de Charles, é utilizada. Ela relaciona as pressões e temperaturas iniciais com as finais de um sistema termodinâmico. Assista ao vídeo para saber mais sobre essa lei e entenda a equação e o gráfico da transformação.

Transformação isovolumétrica na prática

Um dos exemplos mais comuns apresentados em livros didáticos sobre a transformação isocórica é a da calibragem dos pneus de carros. Ao andar com o veículo, a temperatura dos pneus aumenta por conta do atrito com o asfalto. E quando ela aumenta, é necessário aliviar um pouco dessa pressão, que também aumentou, para não estourar o pneu. Nesse vídeo, veja como aplicar os conhecimentos acerca desse conteúdo.

Exercícios resolvidos sobre a transformação isocórica

Esse tópico é muito cobrado em provas e vestibulares e pode causar confusões com qual grandeza é mantida constante nas resoluções dos exercícios. Para não se confundir mais, nada melhor que praticar o conteúdo resolvendo exercícios reais. Veja a explicação de alguns exercícios de vestibulares sobre a transformação isocórica.

Em síntese, a transformação isocórica acontece quando há uma mudança de temperatura e pressão em mesma intensidade em sistemas gasosos, porém o volume é mantido constante. Não pare de estudar por aqui, saiba mais sobre a lei dos gases, que envolve os três tipos de processos termodinâmicos de sistemas gasosos.

Referências

Fundamentos de física – volume 2 (1970) – David Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker
Fundamentos de Físico-Química (1986) – Gilbert Castellan
Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente (2005) – Peter Atkins e Loretta Jones

Lucas Makoto Tanaka dos Santos
Por Lucas Makoto Tanaka dos Santos

Bacharel em Química pela Universidade Estadual de Maringá (UEM), mestrando em Química Analítica, com ênfase em desenvolvimento de métodos analíticos, metabolômica e espectrometria de massas no Laboratório de Biomoléculas e Espectrometria de Massas (LaBioMass), na mesma universidade.

Como referenciar este conteúdo

Tanaka dos Santos, Lucas Makoto. Transformação isocórica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/quimica/transformacao-isocorica. Acesso em: 20 de September de 2021.

Exercícios resolvidos

1. [MACK-SP]

Uma determinada massa fixa de gás contido em um balão encontra-se inicialmente em CNTP. Em uma transformação isovolumétrica, sabendo-se que a pressão máxima interna permitida pelo balão é de 3,0 atm, se dobrarmos a temperatura absoluta inicial, a pressão final do gás e o efeito sobre o balão serão:

a) 2,0 atm e o balão não estoura
b) 2,0 atm e o balão estoura
c) 3,0 atm e o balão estoura
d) 1,5 atm e o balão não estoura
e) 1,0 atm e o balão não estoura

Considerando que a transformação que ocorre é do tipo isovolumétrica, ou seja, isocórica, a equação utilizada é a da lei de Charles-Gay-Lussac. As condições iniciais são em CNTP, isso significa que a temperatura é de 273 K (0°C) e a pressão é de 1 atm.
Os dados são, então:
p1 = 1 atm
T1 = 273 K
p2 = ?
T2 = 2 x T1 = 2 x 273 = 546 K

Sendo assim:

A alternativa correta é a letra a) 2,0 atm e o balão não estoura, porque o limite de pressão que o balão suporta é de 3 atm. Como não chega a essa pressão, ele não estoura.

2. [PUC-RJ]

Um pneu de bicicleta é calibrado a uma pressão de 4 atm, em um dia frio, à temperatura de 7 °C. O volume e a quantidade de gás injetado são os mesmos. Qual será a pressão de calibração no pneu quando a temperatura atinge 37 °C?

a) 21,1 atm
b) 4,4 atm
c) 0,9 atm
d) 760 mmHg
e) 2,2 atm

Antes de mais nada, para que o resultado seja correto, é preciso converter a temperatura em Celsius para Kelvin somando o valor de 273 às temperaturas em °C. Portanto, os dados fornecidos pelo exercício são:
p1 = 4 atm
T1 = (7 + 273) = 280 K
p2 = ?
T2 = (37 + 273) = 310 K

Então a alternativa correta é a letra b) 4,4 atm

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