UFU 2010-2 — questão 15 de Física
Enunciado em texto
Um botijão de cozinha contém gás sob alta pressão. Ao abrirmos esse botijão, percebemos que o gás escapa rapidamente para a atmosfera. Como esse processo é muito rápido, podemos considerá-lo como um processo adiabático.
Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por , onde é a variação da energia interna do gás, Q é a energia transferida na forma de calor e W é o trabalho realizado pelo gás, é correto afirmar que:
A) A pressão do gás aumentou e a temperatura diminuiu.
B) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás não variou.
C) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás diminuiu.
D) A pressão do gás aumentou e o trabalho realizado foi negativo.
(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2010-2, 1ª fase — Universidade Federal de Uberlândia.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Uberlândia (UFU) e à sua Diretoria de Processos Seletivos (DIRPS/UFU).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que acontece com o trabalho, a pressão e a temperatura do gás que escapa rápido do botijão.
Passo 1 — adiabático: sem calor. O processo é tão rápido que não dá tempo de trocar calor com o ambiente: .
Passo 2 — o gás se expande. Ao sair, o gás passa da alta pressão do botijão para a pressão atmosférica, ocupando um volume muito maior. Ao se expandir, ele empurra o ar em volta: o trabalho realizado pelo gás é positivo, . E a pressão diminui.
Passo 3 — a primeira lei.
A energia interna diminui. Num gás, energia interna menor significa temperatura menor: o gás esfria. É por isso que a válvula do botijão fica gelada (às vezes até forma gelo) quando o gás escapa por muito tempo.
Por que não as outras: A e D dizem que a pressão aumentou, mas o gás sai do botijão pressurizado para a atmosfera: a pressão cai. D ainda põe o trabalho negativo, o que seria uma compressão. B diz que a temperatura não variou, mas sem calor entrando, o trabalho feito pelo gás sai da energia interna, e a temperatura cai.
⚠️ A armadilha: a alternativa B. “Não varia a temperatura” é coisa de processo isotérmico, em que o gás recebe do ambiente o calor que gasta em trabalho. No adiabático não há essa reposição.
A ideia em uma frase: expansão adiabática: o gás paga o trabalho com a própria energia interna e esfria.
Resposta: alternativa C (trabalho positivo e temperatura diminui).
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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