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Transformação isotérmica

A curva que liga os pontos A e B representa uma transformação isotérmica em um gás perfeito.

Uma transformação isotérmica é uma transformação termodinâmica que ocorre a temperatura constante em um sistema fechado, sistema este que permite trocas de energia, mas não de matéria, entre o sistema e sua vizinhança. Isto tipicamente ocorre quando o sistema está em contato com um reservatório térmico exterior (banho térmico), e a mudança ocorre lentamente o suficiente para permitir que o sistema se ajuste continuamente a temperatura do reservatório pelo meio de troca de calor. Em contraste, um processo adiabático é um sistema onde não há troca de calor com o meio externo (Q = 0). Em outras palavras, em um processo isotérmico, ΔT = 0, mas Q ≠ 0, enquanto que em um processo adiabático, ΔT ≠ 0, mas Q = 0.


Gás IdealEditar

 
Várias isotermas de um gás ideal num diagrama PxV

Para o caso especial de um gás perfeito, onde se aplica a Lei de Boyle-Mariotte, o produto PV é uma constante, se o gás for mantido em condições isotérmicas. O valor da constante é nRT, onde n é o número de mols de gás presente e R é a constante dos gases perfeitos.

 

FormalismoEditar

Em termodinâmica, o trabalho envolvido quando um gás passa do estado A para o estado B é simplesmente:

 

Para uma transformação termodinâmica com a temperatura constante o trabalho de   para   (vide a figura no canto superior a direita) se dá da seguinte forma:

 

Obs.: Uma vez que a temperatura ( ) é constante ela pode ser retirada da Integral.

O sinal do trabalho vai depender dos casos em que ele for:

  • Se for uma expansão isotérmica o trabalho é positivo, pois  , logo o logaritmo natural vai ser maior que 1. O logaritmo natural de um número maior do que 1 é positivo e, portanto, como era de se esperar, o trabalho   é positivo;
  • Se for uma compressão isotérmica,  , de modo que a razão dos volumes é menor que 1. O logaritmo natural de um número menor que 1 é negativo e, portanto, o trabalho é negativo.

É também de notar que, em muitos sistemas, se a temperatura é mantida constante, a energia interna do sistema, também é constante, e assim  . Da Primeira Lei da Termodinâmica,  . Então,   para processos isotérmicos. Em um caso especial, quando nenhum calor é trocado pelo sistema e a temperatura é constante, então não há trabalho realizado. Assim, o  .

Referências

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

Ver tambémEditar

Nota: Este artigo contém trechos traduzidos do correspondente na Wikipédia em Inglês.