Como a teoria cinético-molecular da matéria define a temperatura de um gás

Um pouco da história da teoria dos gases Após inúmeros estudos realizados, em meados de 1840, estudiosos concluíram que o calor é uma forma de energia e não uma substância, como se imaginava. Entre os pesquisadores em destaque estão James Prescott Joule e Rudolf Clausius que, através de seus estudos, chegaram à conclusão de que o calor está relacionado à energia cinética dos átomos e às moléculas de uma substância. Essa teoria apresentada não era aceita em razão de se tratarem de partículas microscópicas, ou seja, invisíveis a olho nu, o que barrava sua aceitação na comunidade científica.

As leis de Newton eram a base dos estudos da teoria cinética dos gases, o que acabou facilitando sua aceitação mais tarde. Ainda hoje é utilizada e considerada importante como modelo de desenvolvimento de teoria física, apesar de suas explicações serem inaceitáveis para a física moderna.

A teoria cinética dos gases são hipóteses que abordam o que é um gás e como ele se comporta.

Hipóteses da teoria dos gases • A formação de um gás se dá por um grande número de moléculas; • As moléculas dos gases possuem dimensão desprezível, o que significa que o volume por elas ocupado é muito pequeno, quase insignificante; • Esses gases se deslocam de forma descontínua e aleatória ocupando, assim, todo o volume do recipiente onde se encontram, tendo movimento retilíneo e uniformemente variado; • São independentes, só interagem entre si quando ocorre colisão; • As colisões existentes entre moléculas e moléculas e entre moléculas e paredes do recipiente são colisões elásticas, que fazem com que a energia cinética das moléculas permaneça constante.

Energia interna

A energia interna do gás existe quando o gás for constituído por moléculas de apenas um átomo e nesse gás estiver a soma das energias cinéticas dessas moléculas que o constituem, fornecendo assim o valor total da energia desse gás.

Podemos então concluir que através da Teoria Cinética dos Gases é possível calcular a energia média total de amostra de gases, dependendo, claro, da estrutura molecular do gás analisado, obtendo assim um resultado, mesmo que restrito.

Por Talita A. Anjos Gaduada em Física

Equipe Mundo Educação

01) Como a teoria do calórico explica o equilíbrio térmico atingindo, após a mistura, entre duas amostras de água, inicialmente a temperaturas diferentes?

Admitindo que uma substância chamada calor ou calórico tenha sido transferido da

amostra mais quente para a mais fria. 02) A teoria do calórico consegue explicar o processo de aquecimento obtido com o atrito?Justifique sua resposta.

Não; neste caso, o calor está sendo produzido no processo e não transferido de um

um objeto para outro. 03) Quais as duas hipóteses fundamentais da teoria cinética-molecular da matéria?

a) a matéria é constituída de moléculas;

b) tais moléculas estão em movimento caótico ou desordenado. 04) Como é compreendida a interação entre as moléculas na matéria no estado gasoso, na teoria cinético-molecular?

Um aglomerado de moléculas em movimento caótico tem pouquíssima interação entre si,

porque elas se chocam em curtos intervalos, ficando separados quase todo o tempo. 05) Como a teoria cinético-molecular da matéria define a temperatura de um gás?

A temperatura, segundo esta teoria, é a grandeza que informa o grau de agitação das

moléculas que formam o gás. 06) A televisão noticia que a temperatura em Nova York chegou aos 104 graus F. Esta

temperatura equivale a: letra b

a) 44°C b) 40°C c) 36°C d) 30°C e) 0°C 07) Existe alguma temperatura com o mesmo valor na escala Celsius e na escala Kelvin? Se existe, qual é?

Sim; - 40°

08) Existe alguma temperatura com o mesmo valor na escala Celsius e na escala Fahrenheit?

Não

09) No que consiste a energia interna para a matéria no estado gasoso?

No estado gasoso, a energia interna das moléculas é sua energia cinética total.

10) Como a teoria cinético-molecular da matéria explica o equilíbrio térmico de duas amostras de gás, inicialmente a temperatura diferentes?

Como as moléculas da amostra de gás em movimento, haverá choques entre elas,

responsáveis pela transferência de parte da energia cinética das moléculas mais
aquecidas para as menos aquecidas. Após um certo tempo, as moléculas adquirirão,
em média, a mesma energia cinética. Nesse momento, fisicamente foi atingido o
equilíbrio térmico, isto é, possuem a mesma temperatura. 11) O que deve acontecer para que a temperatura de um objeto varie?

Esse objeto deve receber energia, variando sua energia interna.

12) Defina calor.

Calor é a transferência de energia de um sistema a outro, devido somente à diferença

de temperatura entre eles. 13) Quando dois sistemas atingem o equilíbrio térmico, o que acontece com a transferência de energia?

A transferência de energia na forma de calor não ocorrerá mais.

14) Cite duas maneiras possíveis de transferir energia de um sistema para outro.

Pelo trabalho de uma força e pelo calor.

15) Quando uma broca fura uma parede, há transferência de energia? Justifique sua resposta.

Sim; a energia elétrica transforma-se em cinética de rotação e em energia interna da

broca e da parede. 16) Qual é a diferença entre calor e temperatura?

Temperatura mede o grau de agitação das partículas de um sistema; calor é transferência

de energia entre dois sistemas com graus de agitação diferentes.

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No estudo dos gases ideais vemos que um gás é composto por átomos e moléculas, que se movem de acordo com as leis estabelecidas pela cinemática. Em um gás, suas partículas normalmente estão muito distantes uma das outras, tendo o vazio entre si. Vemos também que a principal característica dos gases é de praticamente só existir interação entre suas partículas quando elas colidem umas com as outras.

Com relação à Lei dos Gases Ideais, podemos dizer que ela nos mostra a relação entre pressão, volume, temperatura e número de mols. Essa relação é obtida a partir de um modelo simples para os gases, que permite determinar a relação entre grandezas macroscópicas a partir do estudo do movimento de átomos e moléculas. A teoria cinética dos gases se baseia em quatro postulados:

1 – o gás é formado por moléculas que se encontram em movimento desordenado e permanente. Cada molécula pode ter velocidade diferente das demais.

2 – cada molécula do gás interage com as outras somente por meio de colisões (forças normais de contato). A única energia das moléculas é a energia cinética.

3 – todas as colisões entre as moléculas e as paredes do recipiente que contém o gás são perfeitamente elásticas. A energia cinética total se conserva, mas a velocidade de cada molécula pode mudar.

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4 – as moléculas são infinitamente pequenas. A maior parte do volume ocupado por um gás é espaço vazio.

Partindo desses postulados, Boltzmann e Maxwell mostram que a energia cinética média do total de moléculas de um gás ideal é proporcional à temperatura conforme a expressão:

Onde k é a constante de Boltzmann e N é o número de moléculas. O valor de k pode ser calculado a partir da constante dos gases R e do número de Avogadro NA por

A expressão obtida mostra que a temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas de um gás ideal. Assim, vemos que a temperatura é uma média do grau de agitação das moléculas de um gás. Usando o número de mols, temos:

Por Domiciano Marques
Graduado em Física