Física - Propriedades dos Gases

Propriedades dos Gases

Objetivos

1) Ilustrar o comportamento físico de um gás, variando condições de pressão, temperatura, número de moléculas e volume;

2) Avaliar as consequências provocadas pelas mudanças nos parâmetros físicos de um gás num sistema fechado.

Sequência da Atividade

Este roteiro permitirá elaborar uma sequência de aula com simulações e questões sobre o tema Propriedade dos Gases - Gases Perfeitos.

O ideal é desenvolver esse tópico após uma aula introdutória ao tema, que pode incluir trabalhos das disciplinas de Física e ou Química, no campo de estudo dos gases perfeitos e da termodinâmica aplicada.

As leis gerais de comportamento dos gases num sistema fechado são os temas a serem previamente discutidos, mas também podem ser abordados a partir do aplicativo que exploramos aqui. Uma base teórica ao tema e uma base de pesquisa inicial para os alunos pode ser sugerida em Leis básicas dos gases reais e Equação Geral dos Gases.

Para esta aula, o simulador que usaremos está disponível em phET (escolha "Propriedades dos Gases" no menu, vai rodar em Java).

Esse aplicativo, em particular, permite atuar sobre as moléculas de um gás e observar as relações entre pressão, temperatura, quantidade de matéria e volume ocupado pelo mesmo.

O gás é lançado (moléculas) pressionando o manete da bomba. O recipiente fechado tem suas paredes móveis, então o volume pode ser manipulado pelo usuário.

Você verá os indicadores de pressão e temperatura do gás no painel. Existem outros comandos avançados, que também poderão ser acionados como, por exemplo, colocar a ação da gravidade sobre o experimento.

Também há uma fonte de calor, que permite fornecer ou retirar calor do sistema e ela poderá ser operada a critério do usuário.

Explore um pouco o simulador e perceba as possibilidades. É possível montar uma aula expositiva ou propor tarefas aos alunos, caso eles tenham acesso aos computadores da escola ou nas suas casas.

Ao usar o simulador, discuta com os alunos as seguintes questões (ou outras que julgar pertinentes), que eles podem vivenciar:

a) o que ocorre com a velocidade das moléculas ao diminuirmos a câmara de gás (diminuindo o volume)?

b) o que ocorre com a pressão do gás ao diminuirmos o volume?

c) o que ocorre com a temperatura ao diminuirmos o volume?

d) o que ocorre com as variáveis quando adicionamos calor? E quando retiramos? Como explicar isso em termos de balanço energético?

Varie o parâmetro constante selecionando no painel e observe as combinações possíveis, avaliando os resultados físicos da escolha feita.

Teste o comportamento da relação PV = nRT no simulador, pedindo que os alunos observem a validade da mesma através de uma série de testes, trabalhando com a mudança nos valores de cada variável. Peça que eles apresentem um painel com as observações de cada grupo.

Deixe claro que esse princípio de trabalho que é feito sobre um gás tem relação com os estudos do Clima e com as operações da Termodinâmica, que por sua vez permitem as aplicações tecnológicas que chamamos de Máquinas Térmicas: motores de combustão, refrigeradores etc. Outros textos complementares ou pesquisas podem partir daí.

Para saber mais

• Wiki - Teoria Cinética dos Gases.
• Dilatação Volumétrica do Ar.

Referências

• Banco Internacional de Objetos Educacionais. MEC/SEED, Projeto Condigital, 2010.
• ALVARENGA ,B.; MÁXIMO A. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2005.
• CARVALHO NETO, C. Z.; OMOTE, N.; PUCCI, L. F. S. Física vivencial. São Paulo: Laborciencia, 1998.