Questão 1 - Por que a viscosidade dos liquidos diminui com o aumento da temperatura e nos gases aumenta? Como varia a densidade dos liquidos e dos gases com a temperatura?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a viscosidade dos líquidos diminui com o aumento da temperatura enquanto a dos gases aumenta, e como a densidade de cada um varia com a temperatura. O conteúdo envolve mecânica dos fluidos e teoria cinética molecular, além de conceitos de dilatação térmica e da lei dos gases ideais.
Passo 2
Na teoria molecular dos líquidos, a viscosidade
é causada pelo atrito interno entre camadas, mediado por forças intermoleculares. Aumentando a temperatura, as moléculas recebem mais energia cinética e superam mais facilmente essas forças de coesão, reduzindo o “atrito”. Experimentalmente observa-se um comportamento do tipo
onde
e
são constantes,
a constante universal dos gases e
a temperatura absoluta. Como
diminui ao aumentar
,
cai.
Passo 3
Nos gases, a viscosidade surge do transporte de momento por colisões moleculares. Ao subir a temperatura, a velocidade média das moléculas cresce
e o caminho livre médio varia pouco, resultando em
Portanto,
dos gases aumenta com
.
Passo 4
A densidade
dos líquidos varia pouco com
por causa da baixa compressibilidade, caindo de forma quase linear segundo o coeficiente de dilatação volumétrica
:
Nos gases, sob pressão quase constante, aplica-se a lei dos gases ideais, ficando
onde
é a pressão,
a massa molar e
a constante dos gases. Assim,
decresce fortemente quando
aumenta, pois é inversamente proporcional a
.
Resposta
A viscosidade dos líquidos diminui com a temperatura porque a energia térmica faz as moléculas vencerem mais facilmente as forças intermoleculares, reduzindo o atrito interno. Nos gases, a maior agitação eleva a velocidade molecular e o transporte de momento, aumentando a viscosidade
. A densidade dos líquidos decresce ligeiramente com
por dilatação volumétrica
, enquanto a dos gases decresce fortemente segundo a lei dos gases ideais
.