UFU 2024-2 — questão 23 de Física
Enunciado em texto
Um estudante projeta um experimento no qual se colocam dois copos iguais, com a mesma quantidade de água, no interior de uma caixa de capacidade térmica desprezível, isolada do ambiente; um copo está com água fria a 10°C, e o outro com água quente a 80°C. O estudante afirma que, após decorridos alguns instantes, o copo com água fria baixará sua temperatura para 5°C, e o copo com água quente aumentará sua temperatura para 85°C. A ideia do estudante está
A) errada, pois contraria a Segunda Lei da Termodinâmica.
B) certa, pois concorda com o princípio da conservação de energia.
C) certa, pois concorda com a Lei Zero da Termodinâmica.
D) errada, pois contraria princípio do equivalente mecânico da caloria.
(Enunciado: Processo Seletivo UFU 2024-2, 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: julgar a previsão de que a água fria esfria mais e a quente esquenta mais, dentro de uma caixa isolada.
Passo 1 — a energia até se conserva. As massas de água são iguais e os copos são iguais. A água fria perderia o calor correspondente a uma queda de 5 °C, e a quente ganharia o correspondente a uma subida de 5 °C:
O balanço fecha: a previsão do estudante não viola a conservação de energia (Primeira Lei). É justamente por isso que ela é traiçoeira.
Passo 2 — mas o sentido está errado. A Segunda Lei da Termodinâmica, no enunciado de Clausius, diz que o calor flui espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio, nunca ao contrário, a menos que se gaste trabalho (como na geladeira). Na previsão do estudante, o calor sairia da água a 10 °C e iria para a água a 80 °C, sozinho. Isso não acontece.
Passo 3 — o que acontece de verdade. O calor vai da água quente para a fria até as duas chegarem à mesma temperatura. Com massas iguais, o equilíbrio fica na média:
Por que não as outras: B usa um argumento verdadeiro (a energia se conserva), mas conservar energia é necessário, não suficiente; a Segunda Lei também tem de ser obedecida. C está errada porque a Lei Zero trata do equilíbrio térmico, e a previsão do estudante afasta as temperaturas em vez de igualá-las. D cita o equivalente mecânico da caloria (1 cal ≈ 4,2 J), que não tem nada a ver com a situação: não há conversão de trabalho em calor aqui.
⚠️ A armadilha: a alternativa B. Fazer a conta e ver que o calor perdido é igual ao ganho dá a sensação de que está tudo certo. A Primeira Lei diz quanto de energia; a Segunda diz para que lado ela vai espontaneamente.
A ideia em uma frase: conservar energia não basta: espontaneamente, o calor só passa do quente para o frio, e a previsão do estudante faz o contrário.
Resposta: alternativa A (contraria a Segunda Lei da Termodinâmica).
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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