Quando um gás realiza trabalho?
Na aula de Calor e Temperatura vimos que as partículas de um gás batem nas paredes do recipiente e produzem pressão. Se trocamos uma dessas paredes por um pistão que desliza, o gás o empurra ao se expandir e realiza trabalho sobre ele, como uma força que desloca um corpo.
Com a pressão constante, a força no pistão é \(F = p\,A\), e o produto da área pelo deslocamento \(d\) é a variação de volume. Chegamos assim a \(\tau = p\,\Delta V\), que no gráfico \(p \times V\) é a área do retângulo sob a reta horizontal.
Quando a pressão muda durante a transformação, dividimos o caminho em pedacinhos quase horizontais e somar as áreas. O trabalho passa a ser a área sob a curva no gráfico \(p \times V\), e por isso depende do caminho entre dois estados, além do começo e do fim.
O sinal nos diz quem empurra quem. Na expansão, \(\Delta V > 0\) e o gás realiza trabalho, \(\tau > 0\); na compressão, \(\Delta V < 0\), o gás recebe trabalho de fora e \(\tau < 0\). Com o volume fixo, o trabalho é nulo, por maior que seja a pressão.
Para conversar
- Aqueça o gás a pressão constante até o volume chegar a 8 L e confira o \(\tau\) mostrado com \(p \cdot \Delta V\), lendo os valores no gráfico.
- Agora esfrie o gás até o volume inicial. O trabalho acumulado volta a zero? Que área foi descontada?
- Mude a pressão com o pistão parado. Que forma tem esse trecho no gráfico, e quanto trabalho ele acrescenta?
- Recomece e leve o gás ao mesmo estado final por dois caminhos, primeiro aquecendo e depois aumentando a pressão, e depois na ordem inversa. O trabalho foi o mesmo?