UEM 2016 (Verão) — questão 30 de Física
Enunciado em texto
Um sistema termicamente isolado é composto por dois cilindros A e B conectados por uma válvula. Numa situação inicial, o cilindro A contém um gás ideal e o cilindro B está completamente vazio. Abrindo-se a válvula, o gás contido no cilindro A se expande e parte dele flui espontaneamente para o cilindro B até atingir um equilíbrio quanto ao preenchimento dos volumes dos dois cilindros. Suponha que não há troca de calor entre o gás, os cilindros e a válvula. Sobre esse sistema, assinale o que for correto.
(01) A transformação ocorrida é adiabática.
(02) Não há realização de trabalho visto que não houve resistências contra a expansão do gás.
(04) Não há variação de energia interna do gás.
(08) A temperatura do gás diminui, pois a distância média entre as moléculas desse gás diminui com a expansão.
(16) Ao expandir-se, o gás sofre uma transformação reversível.
(Enunciado: Vestibular UEM 2016 (Verão) — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: analisar a expansão livre (expansão para o vácuo) com a primeira lei da termodinâmica.
(01) Verdadeira. O sistema é termicamente isolado: Q = 0. Isso é a definição de transformação adiabática.
(02) Verdadeira. O gás se expande para o vácuo: não há nada empurrando de volta (pressão externa nula, nenhum pistão para mover). Então o trabalho realizado pelo gás é zero.
(04) Verdadeira. Pela primeira lei:
(08) Falsa. Num gás ideal a energia interna depende só da temperatura; com , a temperatura não muda. Além disso, na expansão a distância média entre as moléculas aumenta, não diminui.
(16) Falsa. A expansão livre é o exemplo clássico de processo irreversível: o gás nunca volta sozinho a se concentrar no cilindro A, e a entropia aumenta.
⚠️ A armadilha: associar “adiabática” a “a temperatura cai”. Isso vale na expansão adiabática com trabalho (gás empurrando um pistão). Na expansão livre não há trabalho, e a temperatura de um gás ideal fica a mesma.
A ideia em uma frase: expansão livre: Q = 0, W = 0, logo ΔU = 0 e a temperatura do gás ideal não muda — mas o processo é irreversível.
Resposta: soma 07 (01 + 02 + 04).
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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