Transformação Isocórica


Também conhecida como transformação isométrica ou ainda como transformação isovolumétrica, a transformação isocórica é um tipo de reação dentro da abordagem termodinâmica que consiste em um sistema que realiza troca de energias. Essa troca não é de matéria e é feita num conjunto fechado e com volume constante.

transformavso-isocorica

O conceito vem do grego que se relaciona a algo constante ou sistemático, com variáveis iguais. Esse sistema realiza essa transformação com outras fontes de energia a sua volta, mas não faz relação ou proporciona nenhum tipo de matéria.

O fenômeno isocórico também funciona para o fundamento da Lei de Charles e Gay-Lussac. Os dois cientistas franceses realizaram diversos experimentos envolvendo gases e como eles reagem em determinadas pressões ou variações de temperatura. A partir do fenômeno, os cientistas constataram que se uma massa de um gás que não muda é exposta a um volume constante, ele terá um valor de pressão proporcional ao nível de temperatura que o gás se encontra. Esse estudo ocorreu entre 1800 a 1840, período esse em que se avaliava muito a forma independente de como os gases reagiam a diversas transformações termodinâmicas e os resultados que esses materiais apresentavam ao sofrer essas alterações em sua consistência.

Um exemplo clássico de como essa lei é exposta de acordo com a transformação isocórica é com um pneu de um carro. Ao calibrar um carro com um pneu a uma pressão de 30 Ibf/pol², o pneu sofre uma variação dessa pressão em virtude do atrito que o material absorve através da temperatura do asfalto. Como temperatura e pressão são grandezas diretamente proporcionais, a tendência é que a pressão aumente quando a temperatura também aumenta.

Fórmula da transformação

Durante o estudo de Gay-Lussac e Charles, foi analisado que quando o volume a massa de um gás permanecem em constância e for possível dobrar a temperatura, a pressão também dobrará. Como a pressão e a temperatura são diretamente proporcionais, os dois cientistas propuseram uma fórmula em que se pudesse chegar a um valor exato das duas grandezas e medir a relação entre as duas. A fórmula então fica exposta com P/T = K, sendo que:

• P é a pressão;

• T é a temperatura;

• K é a escala Kelvin representada na equação e que sempre é usada.

Para exemplificar o uso dessa fórmula, pense no caso de um cilindro de gás que sofreu uma variação de temperatura com uma massa fixa de gás em seu conteúdo fechado. Com uma temperatura de 100 Kelvin a uma pressão de 3 atm, é possível comprovar que a relação das grandezas apresenta uma constante quando a temperatura aumenta sempre seguindo essa escala:

100 K = 3 atm

200 K = 6 atm

300 K = 9 atm

400 K = 12 atm

500 K = 15 atm

Desta maneira, pode-se chegar a uma nova fórmula, em que a pressão inicial a uma temperatura inicial tende a ser grandezas diretamente proporcionais a resultarem pressão e temperatura finais e constantes. Ou seja: Pressão Inicial/Temperatura Inicial = Pressão Final/Temperatura Final (PI/TI=PF/TF). Relembrando que essa temperatura deve ser expressa na escala Kelvin para que essa teoria permaneça válida. Se a temperatura estiver relacionada à outra escala, como a Celsius, a fórmula não se enquadra e assim ocorreria uma variação.

Determinação numa reta

Como os valores não vão apresentar nenhuma inversão na relação, a transformação isocórica costuma ser apresentada também num gráfico de linha reta. Se a temperatura for sempre absoluta, a reta vai continuar reta e sempre expressa na escala Kelvin. Se a escala mudar, a reta pode variar, uma vez que o cálculo da temperatura é diferente.

Esses valores expressos no gráfico ajudam a analisar a forma de como o gás se comporta na relação e como é possível as transformações gasosas a um volume constante. Voltando ao exemplo do pneu de um carro, a situação é nítida quando o assunto é fenômeno isocórico.

A energia cinética do carro provoca um aumento natural da temperatura entre o pneu e o asfalto da rua por onde o carro percorre. As moléculas de temperatura vão ficar mais agitadas e nesse caso, a calibração precisa ser feita mesmo que o pneu não tenha sido tão utilizado. Se o material estivesse quente, seria necessária outra calibração porque com a temperatura alta do pneu com o gás com alta pressão, o volume iria se expandir e desregularia completamente o processo.

Quando se realizam pit stops em corridas de Fórmula 1, os mecânicos das equipes realizam algumas calibragens antes e durante as corridas para garantir que o gás não se comprima ou se expanda exageradamente e não comprometer a pressão do pneu. Se isso não fosse feito, o desempenho dos carros seria comprometido e eles não teriam a força necessária para atingir uma velocidade mais rápida.

Muitas vezes, durante o cotidiano, os gases sofrem processos termodinâmicos que são baseados em uma transformação isocórica. Isso é visível não só com os pneus dos carros, mas em recipientes aerossóis ou qualquer outro sistema fechado que impossibilite a capacidade do recipiente de deformar quando se tem um volume constante a adição ou resfriamento da temperatura.