Olá, pessoal, tudo beleza?
Nesta aula, vamos estudar a transformação adiabática, que faz parte da Termodinâmica. Essa transformação se caracteriza por não haver troca de calor com o meio externo (Q = 0). Para isso, é necessário que o corpo esteja em um meio isolado.
Como não há troca de calor, o que costuma ser cobrado nas questões deste tema são as consequências do fato de a transformação ser adiabática. Mas como assim? Lembremos da Primeira Lei da Termodinâmica, que nos diz que:
Q = W + ΔU
- Q: calor
- W: trabalho
- ΔU: variação de energia interna
Como vimos, se não há troca de valor, então Q = 0, ou seja, a soma entre trabalho e variação de energia interna tem que ser nula (W + ΔU = 0). Assim, se escrevermos que 0 = W + ΔU, teremos que trabalho e energia interna terão sempre sinais opostos. E isso nos faz chegar à seguinte conclusão:
WAB = – ΔUAB
Há ainda outra forma para entendermos isso:
Se o trabalho for positivo (W > 0), significa que o volume está aumentando (V↑). Com isso, a variação de energia interna será negativa (ΔU < 0), o que nos indica que a temperatura está diminuindo (T↓). Em outras palavras: quando um gás se expande, ele se torna mais frio.
Todo o inverso disso também é verdadeiro: W < 0, significa que o volume diminui. Isso nos dá que ΔU > 0 e a temperatura aumenta. Ou seja, quando um gás contrai, ele se torna mais quente.
Vejamos como fica a transformação adiabática em um gráfico:
Repare que o trecho entre A e B não é uma isoterma, ele apenas passa entre duas isotermas. Nesse caso, a temperatura da isoterma A é maior que de B (TA > TB).
Veja que nesse gráfico de A para B, o volume aumenta e a temperatura diminui. Se invertermos o processo, de B para A, como vimos, teremos que o volume aumenta e a temperatura diminui. Não tem erro!
E como podemos reconhecer que a transformação é, de fato, adiabática? Geralmente, das duas uma: ou as questões informam que não há troca de calor (Q = 0) ou simplesmente trazem que é uma transformação rápida, de onde podemos concluir que ela aconteceu de tal maneira que não houve tempo para que houvesse troca de calor.
Exercícios sobre transformação adiabática
Questão 1
(Udesc) Um gás ideal monoatômica, com n mols e inicialmente na temperatura absoluta T, sofre uma expansão adiabática até que sua temperatura fique a um terçã da sua temperatura inicial.
Logo o gás:
a) absorveu uma quantidade de calor igual a nRT.
b) se expandiu isobaricamente.
c) realizou trabalho liberando uma quantidade de calor igual a nRT.
d) se expandiu aumentando sua energia interna de nRT.
e) realizou trabalho e sua energia interna diminuiu.
RESOLUÇÃO
Vamos observar as informações que nos foram dadas:
Então:
ΔU = Uf – Ui
ΔU = -nRT
Agora, apliquemos a fórmula da Primeira Lei da Termodinâmica:
Q = W + ΔU
Lembre-se de que estamos falando de uma transformação adiabática, portanto, Q = 0. Assim, teremos:
0 = W + (-nRT)
W = +nRT
Repare que o trabalho deu positivo (W > 0). Isso significa que tivemos uma expansão, ou seja, a energia interna (U) diminui, assim como a temperatura.
Resposta: E
Questão 2
(Espcex (Aman)) Durante um experimento, um gás perfeito é comprimido, adiabaticamente, sendo realizado sobre ele um trabalho de 800 J. Em relação ao gás, ao final do processo, podemos afirmar que:
a) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão aumentou.
b) o volume diminuiu, a temperatura diminuiu e a pressão aumentou.
c) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu.
d) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão aumentou.
e) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu.
RESOLUÇÃO
Se a transformação é adiabática, já sabemos que o calor trocado pelo gás é zero (Q = 0). Como nos foi dito que o gás foi comprimido, isso significa que o volume diminui (V↓), o que nos leva a concluir que o trabalho é negativo (W < 0).
Veja que o enunciado traz que o valor trabalho de 800 J é em módulo, ou seja, ele não nos fornece o sinal. Mas como acabamos de ver, o trabalho, neste caso, deve ser negativo. Portanto, W = – 800 J.
Já temos bastantes informações, mas precisamos saber o que aconteceu com a temperatura. Vamos usar novamente a Primeira Lei da Termodinâmica para descobrir:
Q = W + ΔU
0 = -800 + ΔU
ΔU = +800 J
Como a variação da energia interna deu positiva, isso significa que a temperatura do gás aumentou (T↑), ou seja, houve um aquecimento.
Por fim, para respondermos à questão, falta saber o que aconteceu com a pressão. Para isso, devemos lembrar do gráfico que apresentamos lá no começo. Veja:
Em uma transformação adiabática, o gás parte de uma isoterma para outra, alterando seu volume. Perceba que definimos que o volume diminui, neste gráfico, isso significa que saímos de B para A, ou seja, a pressão aumentou.
Resposta: D
Espero que você tenha compreendido um pouco melhor sobre a transformação adiabática. E se quiser ajuda para melhorar seu nível de Física em outras matérias, entre em contato comigo e escolha o curso de Física mais adequado para você!
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