Entender qual o efeito, no estado de um gás perfeito, da ocorrência de alteração no valor de uma das suas variáveis de estado.

Temperatura na escala Kelvin, pressão, volume e densidade absoluta.

Comece fazendo ao alunos as seguintes perguntas:

1) qual a quantidade máxima de gás liquefeito de petróleo que é seguro colocar num botijão de cozinha sem que haja o perigo de rompimento da carcaça do botijão por excesso de pressão, o que poderia causar acidentes domésticos muito graves?

2) na geladeira, no ar condicionado das casas e dos carros, o que provoca o resfriamento do ar, ou seja, o que força o fluxo da energia térmica contrário ao fluxo natural (da região fria para a região quente)?

3) qual o princípio de funcionamento de uma usina nuclear? E do motor dos carros?

Após alguns momentos ouvindo as possíveis respostas, diga a eles que a aula sobre as Leis de Boyle, de Charles e de Charles/Gay-Lussac nos permitirá encontrar o início da resposta para estas perguntas. Pergunte aos alunos também, se com base nos exemplos dados, eles conseguem dar mais exemplos de outras aplicações práticas que, o estudo que será feito sobre gases, nos permitirá compreender. Filtre cada um dos exemplos dizendo se é correto ou não e explique-o. Dê a resposta para as três perguntas iniciais somente ao final da aula.

Comece fazendo ao alunos as seguintes perguntas:

1) qual a quantidade máxima de gás liquefeito de petróleo que é seguro colocar num botijão de cozinha sem que haja o perigo de rompimento da carcaça do botijão por excesso de pressão, o que poderia causar acidentes domésticos muito graves?

2) na geladeira, no ar condicionado das casas e dos carros, o que provoca o resfriamento do ar, ou seja, o que força o fluxo da energia térmica contrário ao fluxo natural (da região fria para a região quente)?

3) qual o princípio de funcionamento de uma usina nuclear? E do motor dos carros?

Após alguns momentos ouvindo as possíveis respostas, diga a eles que a aula sobre as Leis de Boyle, de Charles e de Charles/Gay-Lussac nos permitirá encontrar o início da resposta para estas perguntas. Pergunte aos alunos também, se com base nos exemplos dados, eles conseguem dar mais exemplos de outras aplicações práticas que, com estudo que será feito sobre gases, será possível compreender. Filtre cada um dos exemplos dizendo se é correto ou não e explique-o. Dê a resposta para as três perguntas iniciais somente ao final da aula.

Inicie agora o conteúdo dizendo que estudaremos os gases perfeitos porque eles tem um comportamento padrão, qualquer que seja o gás. Para um gás ser chamado de perfeito ele tem que obedecer as leis de Boyle, Charles e Charles/Gay-Lussac. Estas leis estabelecem as regras de comportamento de um gás do ponto de vista das grandezas físicas associadas ao mesmo. Estas grandezas, também chamadas de variáveis de estado do gás, são: temperatura (na escala Kelvin), pressão e volume.

A temperatura é uma grandeza física que nos dá uma medida da energia cinética de translação das partículas do gás. O volume é uma grandeza física que depende do recipiente onde o gás se encontr a (c apacidade do recipiente que o contém). A grandeza pressão, provocada por este gás, é devido ao choque das partículas desse gás com as paredes do recipiente onde ele se encontra.

Para determinada massa constante de gás, a variação de uma destas grandezas vai ser chamada de transformação sofrida pelo gás.

Diga aos alunos agora que a primeira transformação que vamos estudar é a isotérmica (à temperatura constante), também chamada de Lei de Boyle. Pergunte a eles o que acham que acontece com a pressão de um gás contido em um recipiente de volume variável (um pistão dotado de um êmbolo, por exemplo) quando se diminui o volume do recipiente á temperatura constante. Quando um aluno der a resposta correta apresente a Figura 1 e explique o que acontece com a pressão quando se aumenta ou diminui o volume do recipiente de uma massa constante de gás perfeito. Depois, apresente a Figura 2 e mostre que o mesmo pode acontecer com outros valores de temperatura, desde que constante.

(imagem de autoria pessoal)

Pergunte a eles agora o que acham que acontece com a pressão de um gás contido em um recipiente de volume constante (um pistão dotado de um êmbolo fixado em uma posição) quando se aumenta a temperatura do gás do recipiente a volume constante. Quando um aluno der a resposta correta apresente a Figura 3 e explique o que acontece com a pressão quando se aumenta ou diminui a temperatura de uma massa constante de gás perfeito. Depois, apresente a Figura 4 e mostre que o mesmo pode acontecer com outros valores de volume, desde que constante. Diga que esta transformação é chamada de isovolumétrica ou isométrica, ou Lei de Charles.

(imagem de autoria pessoal)

 Por fim, pergunte então o que acham que acontece com volume de um gás contido em um recipiente de volume variável quando se aumenta a temperatura do gás no recipiente à pressão constante. Quando um aluno der a resposta correta apresente a Figura 5 e explique o que acontece com o volume quando se aumenta ou diminui a temperatura de uma massa constante de gás perfeito. Depois, apresente a Figura 6 e mostre que o mesmo pode acontecer com outros valores de pressão, desde que constante. Diga que esta transformação é chamada de isobárica, ou Lei de Charles/Gay-Lussac.

(imagem de autoria pessoal)

Dilatação volumétrica do ar (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/11097/dilatacao_volumetrica.pdf)

Transformações gasosas (http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/11277/simulacao-transformacoes_gasosas.exe)

Aprenda mais sobre a Lei de Boyle, a Lei de Charles e a Lei de Charles/Gay-Lussac:

UOL Educação: http://educacao.uol.com.br/fisica/ult1700u14.jhtm

Física.Net: http://www.fisica.net/quimica/resumo17.htm

NEWTON, V.B; HELOU, R.D.; GUALTER, J.B. Tópicos de Física 2 – Termologia, Ondulatória e Óptica. São Paulo: Editora Saraiva, Vol. 2, 448p., 18^a Ed., 2007.

Elabore questões teóricas e práticas sobre esse assunto. Explore muito a análise dos gráficos de cada uma das transformações nas questões teóricas. Nas questões práticas explore a relação entre duas variáveis de um estado inicial e uma das duas variáveis do estado final que não foi dada no enunciado da questão.