Que são procossos isotermicos, isobáricos, isocórico e adiabáticos?
Passo 1
O que o enunciado pede: ele quer saber o que são os processos chamados de isotérmico, isobárico, isocórico (ou isovolumétrico) e adiabático. Ou seja, preciso dar a definição de cada um, explicar as diferenças práticas e as fórmulas principais que aparecem numa prova.
Informações dadas: nenhuma numérica — é uma pergunta conceitual. Vou então explicar passo a passo o que cada processo significa, relacionar com as grandezas fundamentais (pressão
, volume
, temperatura
, calor
, trabalho
, energia interna
) e mostrar as fórmulas úteis e exemplos simples.
Passo 2
Noções básicas que vamos usar (rápido e direto):
- Sistema termodinâmico: porção de matéria que observamos; as variáveis mais comuns são
(pressão), (volume) e (temperatura). - Calor
: energia trocada entre sistema e vizinhança por diferença de temperatura. - Trabalho
: energia trocada quando o sistema expande ou comprime (no caso mais comum, trabalho de pressão: ). - Energia interna
: energia total microscopicamente armazenada no sistema (soma de energias cinética e potencial das moléculas, para gás ideal depende só de ). - Primeira lei da termodinâmica: relação fundamental entre essas quantidades:
onde
é o trabalho realizado pelo sistema (essa é a convenção que usarei: se o sistema faz trabalho,
).
Passo 3
Processo isotérmico (temperatura constante)
- Definição: é o processo em que a temperatura do sistema permanece constante durante toda a transformação:
- Consequência para gás ideal: como
, se é constante então - Energia interna: para gás ideal
depende apenas de . Logo, num isotérmico . - Da primeira lei segue
: todo calor recebido é convertido em trabalho (ou vice‑versa). - Trabalho realizado (processo reversível típico):
- Dica prática: se a questão diz “processo isotérmico” procure usar
constante e lembrar que , então calcule pela integral com . - Exemplo rápido: 1 mol de gás ideal a
expande reversivelmente de para . Então
Passo 4
Processo isobárico (pressão constante)
- Definição: pressão constante durante a transformação:
- Trabalho (trivial): como
é constante,
- Relação com temperatura para gás ideal: usando
tem-se . Assim, para um isobárico:
- Calor trocado: normalmente usa-se a capacidade térmica a pressão constante
. Para mols,
- Energia interna:
, e pela primeira lei (o que dá ). - Dica prática: em exercícios, se
é constante calcule e . - Exemplo numérico (rápido): 1 mol aquecido de
para a pressão constante. Então
e
Passo 5
Processo isocórico / isovolumétrico (volume constante)
- Definição: volume constante:
- Trabalho: se
então o trabalho de pressão é zero:
- Primeira lei simplifica para
: todo calor trocado altera apenas a energia interna (não há trabalho de expansão). - Calor trocado: usa‑se a capacidade térmica a volume constante
, assim
- Dica prática: se a questão indica recipiente rígido (volume fixo), já sabe que
e que calculará mudanças de energia com . - Exemplo rápido: aquecer gás em volume fixo de
para dá .
Passo 6
Processo adiabático (sem troca de calor)
- Definição: não há transferência de calor entre sistema e vizinhança durante a transformação:
- Primeira lei vira
. Ou seja, o trabalho realizado resulta em redução da energia interna (se o sistema expande, e cai). - Para um gás ideal e processo reversível adiabático vale a lei (importante em provas):
onde
(razão das capacidades molares).
- Outras formas equivalentes úteis:
- Trabalho numa expansão/compressão adiabática reversível (entre estados inicial e final):
Também pode escrever
.
- Interpretação física: numa expansão adiabática o gás esfria (porque realiza trabalho sem receber calor); numa compressão adiabática o gás aquece.
- Dica prática: se o enunciado diz “adiabático” e assume reversível, use
constante para relacionar . Para gases diatômicos típicos ; para monatomicos . - Exemplo conceitual: se um gás diatômico (
) dobra o volume adiabaticamente, a temperatura final é
Passo 7
Resumo comparativo rápido (para decorar e reconhecer em prova)
- Isotérmico:
const. Para gás ideal: constante, , , . - Isobárico:
const. Trabalho . . - Isocórico:
const. Trabalho . e . - Adiabático:
. Para reversível: constante, , . - Como identificar num enunciado: veja qual variável é dita constante (T, P, V) ou se dizem “adiabático” (sem calor). Se nada é dito, pode ser um processo geral — aí aplica‑se a primeira lei e integrações conforme o caso.
Passo 8
Dicas de prova e truques de memorização
- Decore a primeira lei
e as consequências para cada caso (por ex. isotérmico: ; isocórico: ; adiabático: ). - Para gás ideal: use sempre
para trocar entre . - Lembre das capacidades molares:
e (útil para adiabático). - Se precisar calcular trabalho, pergunte a si: o processo dá
? então integre . Em muitos processos padrão isso resulta nas fórmulas que mostrei.
Resposta
Isotérmico: processo em que
. Para gás ideal
constante,
e
.
Isobárico: processo em que
. Então
e
.
Isocórico (isovolumétrico): processo em que
. Então
e
.
Adiabático: processo em que
. Para gás ideal e processo reversível
constante (com
), e
.