UFRGS 2022 — questão 22 de Física
Enunciado em texto
Na figura abaixo, estão representados quatro diagramas pV para processos termodinâmicos cíclicos de um gás.
[Figura: quatro diagramas p (vertical) × V (horizontal). Ciclo 1: uma circunferência; a seta no topo aponta para a direita e a seta embaixo, para a esquerda. Ciclo 2: um quadrado; a seta no lado de cima aponta para a esquerda, a do lado esquerdo para baixo, a de baixo para a direita e a do lado direito para cima. Ciclo 3: uma figura limitada por um segmento vertical à esquerda (seta para cima), uma curva descendente (seta para baixo e para a direita) e um segmento horizontal embaixo (seta para a esquerda). Ciclo 4: um triângulo com a base horizontal embaixo (seta para a direita), o lado direito com seta para cima e o lado esquerdo com seta para baixo.]
Assinale a alternativa que indica corretamente em quais processos o gás absorve mais calor do que perde em um ciclo completo.
(A) 1 e 2.
(B) 1 e 3.
(C) 2 e 3.
(D) 2 e 4.
(E) 1, 2, 3 e 4.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular UFRGS 2022, 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: em quais ciclos o calor recebido supera o calor cedido, ou seja, o calor líquido é positivo.
Passo 1 — primeira lei num ciclo. Ao fim de um ciclo o gás volta ao estado inicial: a variação de energia interna é zero. Então o calor líquido é igual ao trabalho líquido:
O gás absorve mais calor do que perde quando o trabalho líquido é positivo.
Passo 2 — o sinal do trabalho no diagrama pV. O módulo do trabalho é a área dentro do ciclo. O sinal vem do sentido: percorrido no sentido horário, a expansão acontece em pressão mais alta que a compressão, e o trabalho é positivo; no sentido anti-horário, é negativo.
Passo 3 — o sentido de cada ciclo:
• ciclo 1: em cima vai para a direita, embaixo para a esquerda → horário;
• ciclo 2: em cima vai para a esquerda, embaixo para a direita → anti-horário;
• ciclo 3: sobe pela esquerda, desce pela curva para a direita, volta por baixo para a esquerda → horário;
• ciclo 4: vai pela base para a direita, sobe pela direita, desce pela esquerda → anti-horário.
Os ciclos 1 e 3 têm trabalho líquido positivo e, portanto, calor líquido absorvido.
⚠️ A armadilha: inverter a regra do sentido e marcar os anti-horários, 2 e 4 (alternativa D). Ou achar que todo ciclo absorve mais calor do que perde (alternativa E): os anti-horários (como num refrigerador) cedem mais calor do que recebem.
A ideia em uma frase: num ciclo, calor líquido = trabalho líquido; no diagrama pV, sentido horário é trabalho positivo, e o gás absorve mais calor do que cede.
Resposta: alternativa B (1 e 3).
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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