Força gerada por gás

19 de novembro, 2017 às 20:50 | Postado em Teoria Cinética dos Gases, Termologia, termodinâmica

Professor, tenho uma curiosidade bem a nível fundamental. Por exemplo, quando se tem dois ambientes preenchidos com ar atmosférico. Os dois vedados e isolados por uma parede. Quando se retira uma certa massa de ar de um ambiente, se gera uma diferença de pressão em relação ao outro, que faz com que surja uma força atuando na parede. Então, por que a diferença de pressão gera uma força e que força é essa?

Responderei considerando a Teoria Cinética dos Gases Ideais (TCGI).

De acordo com a TCGI um gás em equilíbrio termodinâmico é um sistema constituído por uma quantidade imensa de pequeníssimas partículas, as moléculas, que estão em movimento aleatório. A energia cinética média das moléculas é dependente da temperatura absoluta da amostra gasosa, isto é, quanto maior a temperatura absoluta, maior é a energia cinética média das moléculas.

Em acordo com a TCGI as moléculas de ar (ar é quase que exclusivamente uma mistura de nitrogênio e oxigênio) na temperatura ambiente possuem velocidade quadrática média de cerca de 400 m/s.

Então se um gás está encerrado em um recipiente em equilíbrio termodinâmico, suas moléculas colidem com as paredes do recipiente, ricocheteando elasticamente nas paredes. Um número imenso de colisões contra as paredes acontece numa escala de tempo da ordem de segundo ou até menor. Macroscopicamente esta imensidade de colisões gera uma força média sobre uma pequena área da parede, ocasionando então uma pressão (força por unidade de área) sobre a parede.

Desta forma, se imaginares dois ambientes contendo gases e separados por uma parede, em cada lado da parede, de acordo com TCGI, está sendo exercida uma pressão que, em uma situação muito particular pode ser a mesma nos dois lados. Então se  de um dos ambientes é retirado um pouco de gás, a pressão ali diminui, ocasionando uma diferença de pressão entre os dois lados da parede, ocasionando que as forças médias sobre cada lado sejam diferentes e, portanto, a parede sofre uma força total por parte dos gases que aponta da região de pressão maior para a região de pressão menor.

Finalmente cabe também destacar que a natureza da força que cada molécula exerce sobre a parede é eletromagnética.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

Visualizações entre 27 de maio de 2013 e novembro de 2017: 323.