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Termodinâmica.
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Processo isotérmico

Processo isotérmico

Processo isotérmico é uma transformação termodinâmica a temperatura constante. Essa é uma variação do estado de um sistema físico durante o qual a temperatura do sistema permanece constante.

Como a energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura e, em um processo isotérmico, permanece constante em expansão, o calor retirado do foco é igual ao trabalho realizado pelo gás: Q = W. De acordo com a primeira lei de termodinâmica

Termostatos são dispositivos que podem manter um valor de temperatura constante nesse tipo de processo termodinâmico.

A lei de Boyle descreve a transformação isotérmica de um gás perfeito. “A pressão exercida por uma força química é inversamente proporcional à massa gasosa, desde que a temperatura permaneça constante. (Se o volume aumentar, a pressão diminuirá e se o volume diminuir, a pressão aumentará). ”

O processo isobárico é o mesmo, mas mantém a pressão constante. 

Exemplos de processos isotérmicos

Processos isotérmicos podem ocorrer em qualquer tipo de sistema que possua alguns meios de regular a temperatura. Abaixo listamos alguns exemplos:

  • As mudanças de fase de diferentes líquidos através do processo de fusão e evaporação são isotérmicas.

  • Certos ciclos de motores térmicos; por exemplo, a máquina de Carnot. Parte do ciclo de Carnot é realizada e a temperatura permanece constante.

  • As reações no refrigerador são isotérmicas e uma temperatura constante é mantida.

  • Na biologia, as interações de uma célula com as células circundantes são feitas através de processos isotérmicos.

Processos isotérmicos em gases ideais

Na física e termodinâmica, os processos isotérmicos são de especial interesse para os gases ideais. Isso é consequência da segunda lei de Joule. Esta lei afirma que a energia interna de uma quantidade fixa de um gás ideal depende apenas da temperatura.

Portanto, em um processo isotérmico, a energia interna de um gás ideal é constante. Este é o resultado do fato de que em um gás ideal não há forças intermoleculares. A energia interna depende da temperatura, pressão e volume.

 

Nesse processo, é realizado um trabalho que altera o volume e a pressão. Este trabalho envolve uma variação da energia interna e tende a aumentar a temperatura. Manter a temperatura constante requer troca de calor com o exterior.

Em uma expansão isotérmica, a energia térmica é absorvida; em uma compressão, a energia térmica é liberada. A quantidade de calor transferido é a mesma do trabalho realizado. Para que o gás se expanda, ele deve ser fornecido com calor.

Comparação do trabalho entre o processo isotérmico e o adiabático

O processo adiabático é tomado como referência teórica "ideal". Ele mostra o comportamento sem perda térmica, o que significa uma eficiência energética de exatamente 100%.

Trabalho necessário para compressão isotérmica

O trabalho realizado no sistema necessário para a compressão isotérmica é maior que o trabalho necessário para a mesma compressão adiabática. Isso significa que o gás aquecido por compressão é mais quente que a temperatura ambiente. No caso isotérmico, a energia térmica pode deixar o sistema.

O trabalho adicional corresponde à energia térmica do sistema perdido.

Eficiência energética teórica

Portanto, a eficiência energética teórica da compressão isotérmica é menor do que o processo adiabático (100%). Daqui resulta que a eficiência energética teórica de uma compressão isotérmica é inferior a 100%.

É encontrado, por exemplo, no estudo do ciclo de Carnot.

Trabalho resultante de uma expansão

O trabalho resultante de uma expansão isotérmica é maior que o trabalho resultante da mesma expansão adiabática. O resfriado a gás pela expansão é mais frio que a temperatura ambiente. No caso isotérmico, o calor pode entrar no sistema. O trabalho adicional observado para a expansão isotérmica corresponde à energia térmica obtida pelo sistema.

Consequentemente, a eficiência energética teórica de uma expansão isotérmica é maior que a mesma expansão em um processo adiabático (100%). Daqui resulta que a eficiência energética teórica de uma expansão isotérmica é superior a 100%, o que é encontrado, por exemplo, no estudo de uma máquina de refrigeração.

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Data de publicação: 8 de março de 2018
Última revisão: 23 de junho de 2020