Insper 2019 (Engenharias, 2º semestre) — questão 7 de Física

Enunciado em texto
Em um laboratório de pesquisas tecnológicas, 10 g de um gás ideal estão encerrados no interior de um frasco, de formato cilíndrico e com uma de suas bases móvel, à temperatura de 300 K e sob pressão de 1,5 atm ( Pa). O sistema recebe calor de uma fonte, de forma gradual, para que sua pressão permaneça constante, sua temperatura se eleve para 400 K e a base móvel se desloque em 20 cm, aumentando o volume ocupado pelo gás no interior do frasco. A base circular do frasco tem área de e o calor específico dos gases sob pressão constante vale .
[Figura: um cilindro deitado, cheio de gás (em amarelo). A base móvel aparece na posição inicial (tracejada) e na posição final, 20 cm à direita (cota de 20 cm entre as duas).]
A variação da energia interna sofrida pelo gás nesse experimento será de
(A) 720 J.
(B) 1 720 J.
(C) 1 360 J.
(D) 1 000 J.
(E) 640 J.
(Enunciado e figura: Vestibular Insper 2019 (2º semestre, Engenharias) — Insper.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Insper Instituto de Ensino e Pesquisa.
Resolução comentada
O que a questão pede: a variação da energia interna do gás, usando a 1ª lei da Termodinâmica.
Passo 1 — o calor recebido. A pressão é constante, então vale o calor específico a pressão constante. Com m = 10 g = 0,010 kg e ΔT = 100 K:
Passo 2 — o trabalho realizado pelo gás. A base de 120 cm² = m² anda 0,20 m:
Passo 3 — a 1ª lei. Parte do calor vira trabalho; o resto fica como energia interna:
⚠️ A armadilha: somar o trabalho ao calor ( J, alternativa C) ou tomar o próprio calor como variação de energia interna (1 000 J, alternativa D). O gás que se expande gasta parte do calor recebido empurrando a base.
A ideia em uma frase: na expansão isobárica, o calor recebido () se divide entre o trabalho () e o aumento de energia interna.
Resposta: alternativa E (640 J).
Vídeo em breve
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