ITA 2014 — questão 15 de Física
Enunciado em texto
Constantes dadas na prova (símbolos adotados nesta prova): : módulo da gravidade na superfície da Terra. : constante gravitacional universal. : velocidade da luz no vácuo. : constante de Planck reduzida.
Pode-se associar a segunda lei da Termodinâmica a um princípio de degradação da energia. Assinale a alternativa que melhor justifica esta associação.
A) A energia se conserva sempre.
B) O calor não flui espontaneamente de um corpo quente para outro frio.
C) Uma máquina térmica operando em ciclo converte integralmente trabalho em calor.
D) Todo sistema tende naturalmente para o estado de equilíbrio.
E) É impossível converter calor totalmente em trabalho.
(Enunciado: Vestibular ITA 2014, prova de Física — ITA.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual afirmação explica por que a segunda lei é vista como um princípio de “degradação” da energia.
Passo 1 — o que é degradar energia. A energia total não some (1ª lei), mas sua utilidade pode diminuir. Trabalho pode virar calor por inteiro (atrito, por exemplo); o caminho de volta, porém, é limitado: em ciclo, nenhuma máquina transforma todo o calor recebido em trabalho (enunciado de Kelvin-Planck). Então, cada vez que trabalho vira calor, parte da capacidade de realizar trabalho se perde de vez. A energia “se degrada” para uma forma menos aproveitável.
Passo 2 — a alternativa. A E é exatamente esse enunciado da segunda lei.
Por que não as outras:
• A: é a conservação da energia, a 1ª lei, que nada diz sobre qualidade.
• B: é falsa: o calor flui espontaneamente do quente para o frio. O que a 2ª lei proíbe é o fluxo espontâneo do frio para o quente.
• C: máquina térmica é a que transforma calor em trabalho; converter trabalho em calor nem é a função dela. A frase não descreve a 2ª lei.
• D: a tendência ao equilíbrio está ligada à 2ª lei, mas a frase é vaga e não fala de energia nem de sua perda de utilidade.
⚠️ A armadilha: ler a B depressa e achar que é o enunciado de Clausius. Clausius diz que o calor não flui espontaneamente do frio para o quente; a B inverte os corpos e fica falsa.
A ideia em uma frase: a energia se conserva, mas perde qualidade: calor nunca volta inteiro a ser trabalho.
Resposta: alternativa E (é impossível converter calor totalmente em trabalho).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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