ITA 2021 — questão 6 de Física
Enunciado em texto
Um recipiente isolado é dividido em duas partes. A região A, com volume , contém um gás ideal a uma temperatura . Na região B, com volume , faz-se vácuo. Ao abrir um pequeno orifício entre as regiões, o gás da região A começa a ocupar a região B. Considerando que não há troca de calor entre o gás e o recipiente, a temperatura de equilíbrio final do sistema é
A) .
B) .
C) .
D) .
E) .
(Enunciado: Vestibular ITA 2021, 1ª fase — 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: a temperatura do gás depois que ele se espalha pelo recipiente todo.
Passo 1 — calor. O enunciado garante que não há troca de calor: .
Passo 2 — trabalho. O gás invade uma região de vácuo: não há nada do outro lado empurrando contra ele, nem pistão para ele empurrar. Então ele não realiza trabalho: . É a chamada expansão livre.
Passo 3 — 1ª lei da Termodinâmica:
A energia interna de um gás ideal depende só da temperatura. Se , a temperatura final é a mesma: .
Conferindo: com igual e volume triplicado (), a lei dos gases diz que a pressão final cai para um terço da inicial. O volume e a pressão mudam; a temperatura não.
⚠️ A armadilha: pensar “expansão adiabática esfria” e marcar ou (alternativas A ou B). O resfriamento acontece na expansão adiabática em que o gás empurra algo e gasta energia fazendo trabalho. Contra o vácuo não há trabalho, então não há resfriamento.
A ideia em uma frase: na expansão livre de um gás ideal, sem calor e sem trabalho, a energia interna e, portanto, a temperatura não mudam.
Resposta: alternativa C ().
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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