UNITAU 2017 (inverno) — questão 67 de Física

Enunciado em texto
Um gás se expande de um volume de até , ao longo de dois processos termodinâmicos: ABC e AC. Como apresentado na figura abaixo, o calor fornecido a esse gás durante o processo ABC é de .
[Gráfico: pressão no eixo vertical e volume no horizontal. A está em (2; ), B em (4; ) e C em (6; ). O processo ABC é formado por dois segmentos retos, de A subindo até B e de B descendo até C, formando um triângulo com a base AC. O processo AC é o segmento horizontal de A até C, na pressão .]
Admita que esse sistema termodinâmico esteja isolado do resto do universo e que a temperatura absoluta no final de cada processo seja a mesma. Nesse caso, é CORRETO afirmar que o trabalho feito pelo gás durante o processo ABC, o trabalho feito pelo gás no processo AC, a variação da energia interna do gás e o calor recebido no processo AC são, respectivamente, iguais a
a) ; ; ;
b) ; ; ;
c) ; ; ;
d) ; ; ;
e) ; ; ;
(Enunciado e figura: Vestibular de Inverno UNITAU 2017, Medicina — Universidade de Taubaté.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade de Taubaté (UNITAU).
Resolução comentada
O que a questão pede: quatro números, nesta ordem: o trabalho em ABC, o trabalho em AC, a variação da energia interna e o calor recebido em AC.
Um aviso sobre o enunciado: ele diz que o sistema está “isolado do resto do universo”, mas o gás recebe calor; um sistema isolado não troca calor. A frase não pode ser levada ao pé da letra; o que a conta usa é o resto: os dois processos começam em A, terminam em C e chegam à mesma temperatura.
Passo 1 — trabalho em ABC. Numa expansão, o trabalho feito pelo gás é a área sob a curva no diagrama p × V. Sob ABC há um retângulo (base de 2 a 6 m³, altura ) e, em cima dele, o triângulo ABC:
Passo 2 — trabalho em AC. É uma transformação isobárica, e a área é só o retângulo:
Passo 3 — variação da energia interna, pela primeira lei no processo ABC:
A energia interna depende só do estado (para o gás ideal, da temperatura). Os dois processos saem de A e chegam a C, à mesma temperatura, então ΔU é o mesmo nos dois.
Passo 4 — calor em AC, pela primeira lei de novo:
⚠️ A armadilha: achar que trabalho e calor, como a energia interna, não dependem do caminho. Quem põe J não acha nenhuma alternativa coerente. Só ΔU é igual nos dois processos; o trabalho é a área, e o caminho por B tem área maior. A (E) é a única com J.
A ideia em uma frase: trabalho é a área sob a curva e depende do caminho; ΔU depende só dos estados inicial e final; Q = ΔU + W amarra os dois.
Resposta: alternativa E ( J; J; J; J).
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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