05 Pressão e gases

A obra Pressão e Gases de Leithold, Angelo Antonio, Leithold, A. A..; AngeloleitholdCreative Commons - Atribuição - Uso Não-Comercial - Obras Derivadas Proibidas 3.0 Não Adaptada. Com foi licenciada com uma Licença base na obra disponível em sites.google.com. Permissões adicionais ao âmbito desta licença podem estar disponíveis em https://sites.google.com/site/bioengenharia1/pressao.

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Foto: Atmosfera Terra, cortesia NASA

A atmosfera é uma camada de gases que envolve um corpo material com massa suficiente. Os gases são atraídos pela gravidade do corpo e são retidos por um longo período de tempo se a gravidade for alta e a temperatura da atmosfera for baixa. A atmosfera terrestre, por exemplo, é uma fina camada de gases presa à Terra pela força da gravidade. Visto do espaço, o planeta Terra aparece como uma esfera de coloração azul brilhante. Esse efeito cromático é produzido pela dispersão da luz solar sobre a atmosfera. Assim, uma vez que os gases atmosféricos são matéria, e esta tem peso (exerce uma força perpendicular para baixo) que é causado pela gravidade (g). A pressão ou tensão mecânica (símbolo: p) é a força normal (perpendicular à área) exercida por unidade de área:

p=F/A

O termo atmosfera padrão, por definição, refere-se à pressão exata de 101.325 Pa (Pascais). Ele é utilizado como unidade de pressão, com o símbolo atm (1 atm = 101.325 Pa). Este termo refere-se ao mesmo valor de pressão definida como pressão normal. A atmosfera padrão, medida ao nível do mar, está acompanhada por outras características como densidade do ar e temperatura, porém, é importante salientar que o termo refere-se apenas à pressão de 1 atm.

Ao nível do mar, num local onde g = 9,8 m/s² , a 0ºC , a coluna de mercúrio tem a altura de 76 cm ou 760 mm, a pressão atmosférica, ao nível do mar, é:

p = m . g . h = 13,6 . 10 3 (kg/m³ ) . 9,8 (m/s² ) . 0,76 (m)

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p = 1,013 . 10 5 N/m²

1 atm = 1,013 . 10⁵ Pa = 760 mmHg

Então por convenção dizemos que:

1 atm = 1,013 . 10⁵ Pa = 760 mmHg

Veja na tabela abaixo as diferentes unidades utilizadas para pressão:

Além da coluna de mercúrio, se pode utilizar, dentre outros instrumentos o manômetro.

Manômetro utilizado para medições de pressão Gases

Nossa atmosfera é formada por gases, e estes não têm forma e nem volume próprios, e adquirem a forma do recipiente onde estão contidos e ocupam todo o espaço limitado pelas paredes. São constituídos por moléculas isoladas, separadas umas das outras por grandes espaços vazios em relação ao seu tamanho e em contínuo movimento de translação, rotação e vibração.

Dependendo da pressão e da temperatura de uma substância, esta se apresenta de forma sólida, líquida ou gasosa. Na curva de fusão, observa-se as condições de existência dos estados sólido e líquido; também se nota um ponto da curva de vaporização que representa as condições de coexistência dos estados líquido e gasoso. O chamado ponto triplo (T) mostra as condições de temperatura e pressão para as quais os estados sólidos, líquido e gasoso coexistem em equilíbrio.

A partir de uma determinada temperatura, característica de cada substância, denominada temperatura crítica (tC ), não ocorre a vaporização e a condensação, pois, para uma temperatura maior, a substância se encontra no estado gasoso, qualquer que seja o valor da pressão, conforme mostrado embaixo:

Figura acima: Temperatura crítica

Assim, através da temperatura crítica podemos estabelecer a diferença entre gás e vapor, pois um gás é a substância que, na fase gasosa, se encontra em temperatura superior à sua temperatura crítica (Ver gráfico) e que não pode ser liquefeita por compressão isotérmica, e o vapor é a substância que, na fase gasosa, se encontra em temperatura abaixo de sua temperatura crítica e que pode ser liquefeita por compressão isotérmica.

Conforme já explicado em sala de aulas, um gás é constituído de pequenas partículas denominadas moléculas, estas se movimentam desordenadamente em todas as direções e sentidos, seu estado é caracterizado pelo valor de três grandezas físicas: seu volume V, sua pressão p e a sua temperatura t, que são denominadas variáveis de estado de um gás. O volume de um gás é ocasionado pelos choques de suas moléculas contra as paredes do recipiente onde está contido, a sua temperatura mede o grau de agitação de suas moléculas, assim, conforme variam a pressão, o volume ou a temperatura, o gás sofre uma transformação, ou um estado diferente do inicial. As transformações gasosas mais conhecidas são: