Transformação adiabática

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Termodinâmica
A máquina térmica de Carnot clássica
Ramos Clássica Estastística Química Termodinâmica quântica Equilíbrio / Não-equilíbrio
Leis Zero Primeira Segunda Terceira
Sistemas Sistema fechado Sistema aberto Sistema isolado Estado Equação de estado Gás ideal Gás real Estado da matéria Fase (matéria) Equilíbrio Volume de controle Instrumentos Processos Isobárico Isoórico Isotérmico Adiabático Isentrópico Isentálpico Quase estático Politrópico Expansão livre Reversibilidade Irreversibilidade Endorreversibilidade Ciclos Máquinas térmicas Bombas de calor Eficiência térmica
Propriedades dos sistemas Nota: Variáveis ​​conjugadas em itálico Diagramas de propriedades Propriedades extensivas e intensivas Funcões de processos Trabalho Calor Funções de estado Temperatura / Entropia (introdução) Pressão / Volume Potencial químico / Número de partículas Qualidade do vapor Propriedades reduzidas
Propriedades dos materiais Bases de dados de propriedades Capacidade térmica específica  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compressibilidade  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Dilatação térmica  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Equações Teorema de Carnot Teorema de Clausius Relação fundamental Lei dos gases ideais Relações de Maxwell Relações recíprocas de Onsager Equações de Bridgman Tabela de equações termodinâmicas
Potenciais Energia livre Entropia livre Energia interna ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpia ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energia livre de Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energia livre de Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
História Cultura História Geral Entropia Leis dos gases Máquinas de "movimento perpétuo" Filosofia Entropia e vida Catraca browniana Demônio de Maxwell Paradoxo da morte pelo calor Paradoxo de Loschmidt Sinergética Teorias Teoria calórica Vis viva ("força viva") Equivalente mecânico do calor Força motriz Publicações chave Uma investigação sobre a fonte ... atrito Sobre o equilíbrio de substâncias heterogêneas Reflexões sobre a força motriz do fogo Linhas do tempo Termodinâmica Motores térmicos Arte Educação Superfície termodinâmica de Maxwell Entropia como dispersão de energia
Cientistas Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Outros Nucleação Automontagem Auto-organização Ordem e desordem
Categoria
v d e

Transformação adiabática é uma transformação termodinâmica em que não há troca de calor com o ambiente.^[1] Embora o gás não estabeleça trocas de energia térmica com o sistema externo, durante o processo a pressão, o volume, a temperatura e a energia interna do gás variam, não permanecendo nenhuma dessas grandezas constante.^[1]

Nesse processo, a energia interna é transformada em trabalho diretamente (${\displaystyle \Delta U=-W}$). O trabalho é, então, realizado à custa da energia interna do sistema.

É o processo básico do ciclo Brayton, que explica o funcionamento da turbina a gás.

O aquecimento adiabático e os processos de arrefecimento ocorrem normalmente devido às alterações na pressão de um gás. Isto pode ser quantificado utilizando a lei dos gases ideais.

Adiabático tem origem no grego adiabatos, "impenetrável"; diz-se do sistema que está isolado de quaisquer trocas de calor ou de matéria com o meio externo.

A equação matemática que descreve um processo adiabático de um gás é dada por:

${\displaystyle PV^{\gamma }=\operatorname {constante} \qquad }$

onde ${\displaystyle P}$ é a pressão do gás, ${\displaystyle V}$ o volume e ${\displaystyle \gamma ={c_{P} \over c_{V}}}$ a razão entre os calores específicos molar a pressão constante (${\displaystyle c_{P}}$) e a volume constante (${\displaystyle c_{V}}$).

Para um gás ideal monoatômico, ${\displaystyle \gamma =5/3}$, e ${\displaystyle \gamma =7/5}$ para um gás ideal diatômico com suas moléculas girando. Quando o gás passa de um estado inicial ${\displaystyle i}$ para um estado final ${\displaystyle f}$, podemos escrever a equação acima na forma:

${\displaystyle P_{i}V_{i}^{\gamma }=P_{f}V_{f}^{\gamma }}$

Para escrever a equação de um processo adiabático em termos de ${\displaystyle T}$ e ${\displaystyle V}$, usamos a pressão ${\displaystyle P}$ em relação a equação dos gases ideais, obtendo

${\displaystyle (nRT/V)V^{\gamma }=constante.}$

Como ${\displaystyle n}$ e ${\displaystyle R}$ são constantes, podemos escrever esta equação na forma

${\displaystyle TV^{\gamma -1}=\operatorname {constante} \qquad }$

Quando o gás passa de um estado inicial ${\displaystyle i}$ para um estado final ${\displaystyle f}$, também podemos escrever a equação acima na forma

${\displaystyle T_{i}V_{i}^{\gamma -1}=T_{f}V_{f}^{\gamma -1}}$

A definição de uma transformação adiabática é que não há transferência de calor, ${\displaystyle Q=0}$. De acordo com a primeira lei da termodinâmica:

${\displaystyle \Delta U=Q-W}$, com ${\displaystyle Q=0}$ temos:

${\displaystyle \Delta U=-W}$

Onde:

• ${\displaystyle \Delta U}$ é a variação de energia interna do sistema;
• ${\displaystyle W}$ é o trabalho realizado pelo sistema.

Qualquer trabalho ${\displaystyle W}$ feito tem de ser feito através da variação de energia interna ${\displaystyle \Delta U}$, uma vez que o gás não recebe e nem cede calor do/para o meio externo.

Para um gás ideal monoatômico temos o trabalho definido como:

${\displaystyle W=-{\frac {3}{2}}nR\Delta T}$, uma vez que ${\displaystyle \Delta U={\frac {3}{2}}nR\Delta T}$ para um gás ideal monoatômico.

Para um gás ideal diatômico que tenha suas moléculas girando temos:

${\displaystyle W=-{\frac {5}{2}}nR\Delta T}$, uma vez que ${\displaystyle \Delta U={\frac {5}{2}}nR\Delta T}$ para um gás ideal diatômico com suas moléculas girando.

• Calor específico
• Sistema adiabático (física)
• Transformação isocórica
• Transformação isobárica
• Transformação isotérmica

Referências

• HALLIDAY, D., RESNICK,R., WALKER, J., Fundamentos de física. 8ª edição, vol. 2, editora LTC

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