UFU 2018-2 — questão 15 de Física

Enunciado em texto

Uma das formas de transformar calor em trabalho é por meio de máquinas térmicas. Um recipiente completamente fechado contendo um gás ideal, em que uma de suas faces, em forma de um êmbolo, possui liberdade de se mover em uma dada direção é um sistema termodinâmico simples que pode servir para exemplificar uma máquina térmica. Nesse exemplo, quando uma fonte de calor fornece energia ao gás, dependendo das condições, as transformações podem fazer com que o êmbolo se mova, realizando um trabalho. Na figura (A), está indicada a situação inicial de um gás ideal em condições de temperatura ($T_0$), volume ($V_0$) e pressão ($P_0$), com o êmbolo recebendo uma resistência externa ($R_0$) e, na figura (B), estão indicadas as condições finais após o gás receber calor, sofrer um aquecimento e uma expansão, com temperatura ($T_F$), volume ($V_F$), pressão ($P_F$) e recebendo uma resistência externa ($R_F$).

[Figura: (A) um cilindro com um êmbolo móvel (seta com o rótulo “êmbolo móvel”) em posição baixa; uma seta para baixo, $R_0$, indica a força externa sobre o êmbolo; o gás embaixo tem $T_0$, $P_0$, $V_0$. Uma seta larga para a direita, com o texto “Gás recebe uma Quantidade de calor (Q)”, leva à figura (B): o mesmo cilindro com o êmbolo mais alto (volume maior), a força externa $R_F$ para baixo e o gás com $T_F$, $P_F$, $V_F$.]

Considerando-se que, no caso da figura, as forças de resistências inicial ($R_0$) e final ($R_F$) são diferentes, é correto afirmar que

A) o trabalho realizado pelo gás pode ser calculado pelo produto da pressão inicial ($P_0$) e pela variação do volume ($V_F - V_0$).

B) o resultado obtido pelo produto da pressão e do volume, tanto na situação inicial quanto na situação final, é um valor constante.

C) a soma das energias cinéticas de todas as moléculas do gás na situação final é maior que a da situação inicial.

D) o trabalho realizado pelo gás sobre o ambiente é igual a quantidade de calor (Q) que o gás recebeu.

(Enunciado e figura: Processo Seletivo UFU 2018-2, 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).