Transformação isovolumétrica (isocórica)

A transformação isovolumétrica, isocórica ou isométrica, é aquela em que o volume do gás permanece constante. Quanto a temperatura e pressão, neste caso, observe a Figura 1 a seguir.

Figura 1: Aumento da pressão e da temperatura em um gás perfeito. O volume permanece constante.

No Estado 1, temos um recipiente de paredes rígidas, com um gás perfeito a uma certa temperatura (termômetro na figura) e dois pesos sobre o pistão. Se uma chama aquece o gás que está no interior do recipiente neste estado, as moléculas se agitam mais devido ao aumento de sua energia cinética. Para manter o volume constante, é necessário aumentar os pesos sobre o pistão, a fim de conter o aumento da pressão sobre ele que as moléculas fazem na maior agitação. Observe que no Estado 2 temos o mesmo recipiente do Estado 1, mas agora com a temperatura maior e dois pesos a mais. O volume permanece o mesmo.

Por este experimento notamos que quando o volume é constante a pressão é proporcional a temperatura, pois a temperatura aumenta seu valor e a pressão também. Este fato pode ser provado matematicamente por meio da equação dos gases perfeitos de Clapeyron, dada a seguir

$p\cdot V=n\cdot R\cdot T$

onde R é a constante universal dos gases perfeitos ou constante de Clapeyron, cujo valor nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP) é R = 0,082 atm.L/mol.K.

Se, além do R, o n (número de mols) e o V(volume) são constantes no experimento, obtemos:

$p\cdot V=n\cdot R\cdot T$

$p=\frac{n\cdot R}{V}\cdot T$

$p=\text{constante}\cdot T$

comprovando que a pressão é diretamente proporcional à temperatura, com:

$\text{constante}=\frac{n\cdot R}{V}$

Esta é a famosa Lei de Charles, enunciada da seguinte forma:

"Para uma dada massa de gás perfeito, mantida a volume constante, pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta."

No gráfico temperatura x pressão (T x p), notamos este fenômeno pela reta:

No gráfico volume x pressão (V x p), a pressão aumenta, mas o volume permanece constante nos estados 1 e 2, sendo V₁ = V₂. Nota-se deste fato que o trabalho em uma transformação isocórica é nulo, pois:

$\tau=p\cdot\Delta V$

$\tau=p\cdot(V_2-V_1)$

$\tau=p\cdot 0$

$\tau=0$

Texto originalmente publicado em https://www.infoescola.com/termodinamica/transformacao-isovolumetrica-isocorica/