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Introdução à termodinâmica: principais princípios e leis dos gases

Thermodynamics Basic Theory Compressed Air Wiki Physics of Air Compressors

Um campo muito interessante da física é a termodinâmica, especialmente para compreender como funcionam os compressores de ar. Neste artigo tentamos dar uma breve introdução à termodinâmica, discutindo os principais princípios e as leis dos gases de Boyle e Charles.

Quais são as leis da termodinâmica?

A energia existe em várias formas, como energia térmica, física, química, radiante (luz etc.) e elétrica. A termodinâmica é o estudo da energia térmica, ou seja, da capacidade de provocar mudanças em um sistema ou de realizar trabalho.

A primeira lei da termodinâmica expressa o princípio da conservação de energia. Ela afirma que a energia não pode ser criada nem destruída e, a partir disso, conclui-se que a energia total em um sistema fechado é sempre conservada, permanecendo constante e simplesmente mudando de uma forma para outra. Assim sendo, o calor é uma forma de energia que pode ser gerada a partir de um trabalho ou convertida em trabalho.

A segunda lei da termodinâmica afirma que há uma tendência na natureza de avançar para um estado de maior desordem molecular. A entropia é uma medida de desordem: os cristais sólidos, a forma de matéria mais regularmente estruturada, possuem valores de entropia muito baixos. Os gases, que são mais altamente desorganizados, possuem altos valores de entropia. A energia potencial dos sistemas de energia isolados disponíveis para realizar o trabalho diminui com o aumento da entropia. A segunda lei da termodinâmica afirma que o calor nunca irá com "seu próprio esforço" se transferir de uma região de temperatura baixa para uma região de temperatura mais alta.

Leis dos gases de Boyle e Charles

A lei de Boyle afirma que se a temperatura é constante (isotérmica), o produto da pressão e volume são constantes (fórmula)

A lei de Boyle afirma que se a temperatura é constante (isotérmica), o produto da pressão e volume são constantes.

A lei de Charles diz que a uma pressão constante (isobárica), o volume de um gás muda em proporção direta à mudança de temperatura (fórmula)

A lei de Charles diz que a uma pressão constante (isobárica), o volume de um gás muda em proporção direta à mudança de temperatura.

A lei geral dos gases é uma combinação das leis de Boyle e de Charles. Ela afirma como a pressão, o volume e a temperatura se afetarão. fórmula

A lei geral dos gases é uma combinação das leis de Boyle e de Charles. Ela afirma como a pressão, o volume e a temperatura se afetarão. Ao alterar uma dessas variáveis, uma das outras duas variáveis também será alterada.

A constante R individual de cada gás depende apenas das propriedades do gás. Se uma massa m do gás absorve o volume V, fórmula

A constante R individual de cada gás depende apenas das propriedades do gás. Se uma massa m do gás absorve o volume V, a relação pode ser escrita:

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