ITA 2018 — questão 17 de Física
Enunciado em texto
No livro Teoria do Calor (1871), Maxwell, escreveu referindo-se a um recipiente cheio de ar:
“... iniciando com uma temperatura uniforme, vamos supor que um recipiente é dividido em duas partes por uma divisória na qual existe um pequeno orifício, e que um ser que pode ver as moléculas individualmente abre e fecha esse orifício de tal modo que permite somente a passagem de moléculas rápidas de A para B e somente as lentas de B para A. Assim, sem realização de trabalho, ele aumentará a temperatura de B e diminuirá a temperatura de A em contradição com ... ”.
Assinale a opção que melhor completa o texto de Maxwell.
A) a primeira lei da termodinâmica.
B) a segunda lei da termodinâmica.
C) a lei zero da termodinâmica.
D) o teorema da energia cinética.
E) o conceito de temperatura.
(Enunciado: Vestibular ITA 2018, 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 lei seria violada pelo "ser" de Maxwell, que esquenta um lado e esfria o outro sem gastar trabalho.
Passo 1 — o que o ser faz. Começa tudo à mesma temperatura. Ele deixa passar só as moléculas rápidas para B e só as lentas para A. Resultado: B esquenta, A esfria. Ou seja, calor passa espontaneamente para o lado que vai ficando mais quente, sem trabalho externo.
Passo 2 — qual lei proíbe isso. É exatamente o enunciado de Clausius da segunda lei da termodinâmica: o calor não passa espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente, sem trabalho. Equivalente: a entropia de um sistema isolado não diminui — e separar moléculas rápidas e lentas diminuiria a entropia do ar.
Por que não as outras:
• A: a primeira lei (conservação da energia) é respeitada: a energia que A perde é a que B ganha.
• C: a lei zero fala de equilíbrio térmico entre corpos e define a temperatura; ela não diz nada sobre o sentido espontâneo do calor.
• D: o teorema da energia cinética continua valendo para cada molécula; o ser só escolhe quais passam.
• E: o conceito de temperatura (ligado à energia cinética média das moléculas) é justamente o que explica por que B esquenta; não há contradição com ele.
Curiosidade: esse "demônio de Maxwell" incomodou os físicos por décadas. A solução moderna é que o ser precisa medir e guardar informação sobre as moléculas, e apagar essa informação produz entropia (princípio de Landauer). No balanço total, a segunda lei se salva.
⚠️ A armadilha: marcar a primeira lei porque "aparece energia do nada". Não aparece: ela só é redistribuída. O que fica proibido é o sentido do fluxo de calor.
A ideia em uma frase: a primeira lei diz quanto de energia; a segunda diz para onde ela vai — e calor não sobe sozinho de frio para quente.
Resposta: alternativa B (a segunda lei da termodinâmica).
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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