UEM 2021 (PAS, etapa 2) — questão 16 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: julgar afirmações sobre as leis da termodinâmica.

(01) Falsa. Pela primeira lei, com $\tau$ = trabalho realizado pelo sistema (a convenção usual no ensino médio),

$$\Delta U = Q - \tau$$

É a diferença entre o calor recebido e o trabalho realizado, não a soma. (Só daria soma se o trabalho fosse o realizado sobre o sistema, o que a afirmação não diz.)

(02) Verdadeira. A temperatura absoluta mede a energia cinética média das moléculas; para o gás ideal monoatômico, $\overline{E_c} = \frac{3}{2}kT$.

(04) Verdadeira. É o enunciado de Kelvin-Planck da segunda lei: nenhuma máquina operando em ciclo transforma integralmente calor em trabalho; parte do calor sempre vai para uma fonte fria.

(08) Falsa. É o contrário: a entropia do universo nunca diminui; aumenta nos processos reais (irreversíveis) e fica constante só nos ideais (reversíveis).

(16) Falsa. Pela segunda lei, nenhum motor térmico tem rendimento de 100%; o de um motor a combustão real fica bem abaixo disso (algo como 25% a 40%). A afirmação admite a igualdade a 100%, que é impossível.

Atenção: a (01) depende da convenção de sinal do trabalho, e a (16), lida ao pé da letra (“menor ou igual”), seria formalmente verdadeira, porque um rendimento sempre menor que 100% também é “menor ou igual”. Julguei as duas pelo conteúdo físico que elas pretendem testar: a primeira lei como $\Delta U = Q - \tau$ e a impossibilidade do rendimento de 100%.

⚠️ A armadilha: a (08) troca “aumenta” por “diminui”. A segunda lei diz que a entropia total só pode crescer (ou, no limite ideal, ficar igual).

A ideia em uma frase: ΔU = Q − τ; nenhum ciclo converte todo o calor em trabalho; e a entropia do universo nunca diminui.

Resposta: soma 06 (02 + 04).