UEM 2011 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 1 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: julgar cinco afirmações básicas de termodinâmica.

(01) Verdadeira. Sistema isolado não troca calor nem trabalho com o exterior ($Q = 0$ e $W = 0$). Pela primeira lei, $\Delta U = Q - W = 0$: a energia total fica constante.

(02) Falsa. Na convenção usada no ensino médio, $\Delta U = Q - W$, com $W$ = trabalho realizado pelo sistema. Trabalho realizado sobre o sistema (uma compressão, por exemplo) entra com sinal negativo.

(04) Falsa. Nenhuma máquina térmica, nem a de Carnot, converte integralmente calor em trabalho num ciclo (segunda lei, enunciado de Kelvin-Planck). Parte do calor sempre vai para a fonte fria.

(08) Verdadeira. Para a máquina de Carnot (temperaturas absolutas):

$$\eta = 1 - \frac{T_F}{T_Q}$$

(16) Falsa. Adiabática quer dizer $Q = 0$, logo $\Delta U = -W$. Numa expansão ($W > 0$) a energia interna diminui, mas numa compressão adiabática ($W < 0$) ela aumenta. A afirmação não vale sempre.

⚠️ A armadilha: a (16). É comum decorar “adiabática esfria”, mas isso só vale para a expansão; comprimindo rápido uma bomba de bicicleta, o ar esquenta.

A ideia em uma frase: na primeira lei, ΔU = Q − W com W feito pelo gás; e nenhuma máquina térmica tem rendimento 100%.

Resposta: soma 09 (01 + 08).