Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?

Escrito por ted mittler | Traduzido por alisson dantas
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Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?
A pressão do gás é o resultado de colisões das moléculas de gás com uma superfície (Photo: Paul Kempin, Graphics: Ted Mittler)

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Teoria cinética da matéria

A pressão do gás é o resultado de colisões das moléculas de gás com uma superfície. No caso de um recipiente fechado, essa superfície são as paredes do recipiente.

A suposição fundamental da teoria cinética da matéria é que as moléculas de todas as substâncias estão em constante movimento. Na forma de um sólido, o movimento é vibratório. As moléculas são presas uma em relação à outra, mas vibram para trás e para frente nessa posição. No caso de líquidos, as moléculas são capazes de alterar as posições relativas, mas que ainda são fortemente atraídas umas as outras, logo, as distâncias que elas podem mover-se são curtas.

Pressão dos gases

Em gases, no entanto, não há nenhuma atração considerável entre as moléculas. Elas ficam relativamente distantes e viajam grandes distâncias antes de colidirem com outra molécula ou com as paredes de seu recipiente. Cada vez que uma molécula atinge uma das paredes do recipiente, ela exerce uma pequena força. O efeito agregado de bilhões de moléculas batendo nas paredes é o que é medido como pressão.

Existem três principais variáveis que determinam a quantidade de pressão que um gás irá exercer num recipiente fechado: o tamanho do recipiente, a temperatura do gás e a quantidade de gás no recipiente.

Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?
O efeito agregado de bilhões de moléculas batendo nas paredes é o que é medido como pressão

Tamanho do recipiente

Se o tamanho de um recipiente fechado diminui, as moléculas de gás dentro dele têm distâncias mais curtas para viajar antes de bater uma das paredes, por isso, há mais colisões. A pressão do gás no interior aumentará na proporção inversa à variação de tamanho. Diminuir o tamanho do recipiente pela metade dobra a pressão. Isso é o que acontece num motor de combustão interna, quando a mistura de combustível e ar é comprimida dentro do cilindro pelo êmbolo.

Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?
Se o tamanho de um recipiente fechado diminui, as moléculas de gás têm distâncias mais curtas para viajar antes de bater uma das paredes

Temperatura do gás

A temperatura é, na verdade, uma medida da energia cinética de uma substância. A energia "cinética" significa simplesmente a energia do movimento. Quando um gás é aquecido, mais energia cinética está sendo colocada nas moléculas de gás, o que significa que as colisões entre elas e as paredes do recipiente são mais frequentes e mais forte. Cientistas usam a escala de temperatura Kelvin, que tem os mesmos tamanhos de graus que a escala Celsius (ou centígrados), mas que se inicia em zero absoluto, 273 graus abaixo de zero na escala Celsius, e cerca de 460 graus abaixo de zero na escala Fahrenheit. Usando a escala Kelvin, o aumento da pressão é diretamente proporcional ao aumento da temperatura. Se a temperatura em Kelvin é duplicada, a pressão é dobrada.

Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?
A energia "cinética" significa simplesmente a energia do movimento

Quantidade de gás no recipiente

Quando o pneu de um carro está "baixo", ele não tem pressão suficiente para suportar o peso do carro. A bomba de ar em a uma estação de calibragem remedia essa situação, forçando mais ar para dentro do pneu. Como o pneu não pode expandir-se muito, o ar adicional faz com que a pressão de ar no pneu aumente. Mais moléculas no mesmo espaço significa mais colisões com as paredes. Se o pneu não pode expandir-se de forma alguma, dobrar a quantidade de ar no interior do pneu dobraria a pressão.

Por que um gás em um recipiente fechado exerce pressão?
Como o pneu não pode expandir-se muito, o ar adicional faz com que a pressão de ar no pneu aumente

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