UFRGS 2014 — questão 16 de Física
Enunciado em texto
Instrução: As questões 15 e 16 referem-se aos enunciados e gráfico abaixo.
O gráfico representa, em um processo isobárico, a variação em função do tempo da temperatura de uma amostra de um elemento puro cuja massa é de 1,0 kg, observada durante 9 minutos.
[Gráfico: temperatura T (°C), de 0 a 80, no eixo vertical, contra o tempo t (min), de 0 a 9, no eixo horizontal, com grade de 10 em 10 °C e de 1 em 1 min. A curva é uma reta subindo de (0 min; 0 °C) até (3 min; 40 °C), depois um patamar horizontal em 40 °C de 3 a 6 min, e depois outra reta subindo de (6 min; 40 °C) até (9 min; 70 °C).]
A amostra está no estado sólido a 0 °C no instante t=0 e é aquecida por uma fonte de calor que lhe transmite energia a uma taxa de J/min, supondo que não haja perda de calor.
O processo que ocorre na fase sólida envolve um trabalho total de 0,1 kJ. Nessa fase, a variação da energia interna da amostra é
(A) 6,1 kJ.
(B) 5,9 kJ.
(C) 6,0 kJ.
(D) -5,9 kJ.
(E) -6,1 kJ.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2014, Física — UFRGS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Comissão Permanente de Seleção (COPERSE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a variação da energia interna enquanto a amostra é sólida, sabendo o calor recebido e o trabalho.
Passo 1 — o calor recebido na fase sólida. O sólido vai de 0 a 3 min (o trecho que sobe de 0 °C a 40 °C):
Passo 2 — o sinal do trabalho. Aquecido a pressão constante, o sólido dilata: empurra o ambiente e realiza trabalho. Então, na convenção da primeira lei, W = +0,1 kJ (trabalho feito pela amostra).
Passo 3 — primeira lei:
Faz sentido: dos 6,0 kJ recebidos, 0,1 kJ saem como trabalho de expansão, e o resto fica como energia interna.
⚠️ A armadilha: somar o trabalho ao calor (6,1 kJ, alternativa A), como se o ambiente fizesse trabalho sobre a amostra. Num aquecimento com dilatação, é a amostra que faz trabalho, e ele sai da energia recebida. Ignorar o trabalho dá 6,0 kJ (alternativa C).
A ideia em uma frase: ΔU = Q − W: o calor que entra, menos o trabalho que o corpo faz ao se expandir.
Resposta: alternativa B (5,9 kJ).
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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