Imagine um recipiente fechado contendo ar comprimido. O recipiente está em um ambiente onde a temperatura externa varia ao longo do dia.
(b) Se a tampa do recipiente for aberta rapidamente, o que acontece com a pressão e a temperatura do ar dentro do recipiente? Explique com base nos conceitos termodinâmicos.
(b) Se a tampa do recipiente for aberta rapidamente, o que acontece com a pressão e a temperatura do ar dentro do recipiente? Explique com base nos conceitos termodinâmicos.
Passo 1
Beleza! A gente tem um recipiente fechado cheio de ar comprimido e a temperatura externa varia, mas o que importa é a hora em que a gente abre a tampa rapidinho. O conteúdo é Termodinâmica de gases: expansão de gás e efeitos adiabáticos e irreversíveis (Joule–Thomson). Vamos precisar entender como a pressão muda quando abrimos a tampa e o que rola com a temperatura durante essa expansão rápida.
Passo 2
Antes de abrir: pressão interna alta (
) e temperatura
. Quando a gente abre rápido, a pressão dentro do recipiente cai instantaneamente até se igualar à pressão externa (
). Isso acontece porque o gás “vaza” para o ambiente até equilibrar as pressões.
Passo 3
Agora, a temperatura. Como abrimos rápido, o processo é praticamente adiabático (não há tempo pra trocar calor com o ambiente) e muito irreversível (fluxo rápido, turbulência). Em termodinâmica, para um processo adiabático e irreversível de um gás real, a gente usa o efeito Joule–Thomson:
que diz se, ao expandir a pressão cai ou sobe a temperatura. No caso do ar (e de muitos gases reais a temperaturas ambientes),
Passo 4
Se fosse um gás ideal e fôssemos fazer uma expansão livre ideal (sem atrito, sem interação), a temperatura não mudaria porque
e
implica
. Mas no mundo real tem atrito, viscosidade, perda de energia interna que acaba resfriando: a expulsão rápida faz o gás esfriar um pouquinho.
Resposta
Ao abrir a tampa rapidamente, a pressão interna do recipiente cai até igualar à pressão externa e a temperatura do ar no interior sofre uma queda (resfriamento leve) devido ao efeito Joule–Thomson em um processo adiabático e irreversível.