Simulação da expansão de um gás e o cálculo da entropia através do número de microestados de energia por meio de experimento com bolinhas de isopor.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Físico-Química

Autores

Pryscilla da Costa e Silva, T. (UESPI) ; dos Santos Sousa, J. (UESPI) ; Santos Cavalcante, L. (UESPI) ; de Araújo Silva, D. (UESPI) ; de Almeida Morais, K. (UESPI) ; Alves de Oliveira, A. (UESPI) ; Cleiton dos Santos, J. (UESPI) ; Borges Vieira, V. (UESPI) ; Simone Cardoso, F. (UESPI) ; Oliveira Meira Gusmão, G. (UESPI)

Resumo

O presente trabalho é parte integrante de um estudo experimental que foi ministrado durante a disciplina de físico-química 1 do curso de Licenciatura plena em Química da Universidade Estadual do Piauí (UESPI) , onde tem com principal objetivo relatar a simulação da expansão de um gás e calcular a entropia através do número de microestados de energia ocupadas por bolinhas de isopor.

Palavras chaves

Expansão; Microestados de energia; Bolinhas de isopor

Introdução

A expansão isotérmica de um gás aumenta a entropia porque existem mais modos de arranjar um dado número de moléculas num volume maior do que num volume menor. Como a probabilidade de um dado estado é proporcional ao número de modos de arranjar as moléculas neste estado, o gás presente num grande volume está num estado mais provável do que aquele presente num volume pequeno (CASTELLAN). Segundo Atkins & Paula (2008) a termodinâmica estuda como as trocas de energia com a vizinhança afetam o comportamento de um sistema. Isto é feito sem considerar as propriedades específicas das partículas que constituem esse sistema. Como tal, várias grandezas físicas de natureza macroscópica, como a energia trocada no processo chamado calor, a energia trocada no processo chamado trabalho, a entropia e a capacidade térmica, entre outras que podem ser medidas experimentalmente, são introduzidas sem se relacionarem diretamente com a estrutura interna do sistema. Por isso, os métodos e resultados da termodinâmica têm caráter extremamente geral.

Material e métodos

Utilizou-se um recipiente de plástico de 3 litros onde cortou-se o fundo do mesmo, já no meio do recipiente furou- se para colocação dos palitos na qual as bolinhas irão passar. Na parte de cima do recipiente colocou-se papel filtro para tampar o recipiente e uma melhor visualização da mobilidade nas partículas do sistema. Na parte de baixo colocou-se um saco de fruta que permitiu a passagem de ar oriundo de um secador, este simulava a temperatura.

Resultado e discussão

A entropia é diretamente proporcional á temperatura, ou seja, quanto maior a entropia maior a temperatura, e maior o número de microestados que um sistema pode conter. Para a calcular a entropia de um determinado número de partículas de um gás ideal, na qual ele definiu entropia como proporcional ao logaritmo neperiano do número de microestados que um gás pode ocupar: S= k × lnΩ. Onde S é a entropia, k é a constante de Boltzmann (1,381 x 10-³) e Ω é o número de microestados possíveis para o sistema (6). A entropia foi de 2,47 x 10- ²³j.k- ¹.

As bolinhas de isopor simulam os microestados de energia.


O secador simula a temperatura e as bolinhas simulam os microestados de energia.

Conclusões

Foi possível simular a expansão de um gás e calcular a entropia do sistema através do número de microestados ocupados, onde a entropia foi 2,47 x 10-²³ j.k-¹.

Agradecimentos

Universidade Estadual do Piauí (UESPI).

Referências

CASTELLAN, GILBERT WILLIAN, Fundamentos de Físico-Química, 1 Ed., Rio de Janeiro, LTC, 1996. ATKINS, Peter; PAULA, Julio de. Físico-Química. Vol. 1, 8a Edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008.