Questão 15
UFU 2018
(UFU - 2018 - 1a FASE)
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 (T0), volume (V0) e pressão (P0), com o êmbolo recebendo uma resistência externa (R0) e, na figura (B), estão indicadas as condições finais após o gás receber calor, sofrer um aquecimento e uma expansão, com temperatura (TF), volume (VF), pressão (PF) e recebendo uma resistência externa (RF).
Considerando-se que, no caso da figura, as forças de resistências inicial (R0) e final (RF) são diferentes, é correto afirmar que
o trabalho realizado pelo gás pode ser calculado pelo produto da pressão inicial (P0) e pela variação do volume (VF – V0).
o resultado obtido pelo produto da pressão e do volume, tanto na situação inicial quanto na situação final, é um valor constante.
a soma das energias cinéticas de todas as moléculas do gás na situação final é maior que a da situação inicial.
o trabalho realizado pelo gás sobre o ambiente é igual a quantidade de calor (Q) que o gás recebeu.
Gabarito:
a soma das energias cinéticas de todas as moléculas do gás na situação final é maior que a da situação inicial.
Resolução:
A termodinâmica nos diz que:
Pelo texto, nota-se que o trabalho foi menor do que a quantidade de calor que o sistema recebeu.
Portanto, a diferença entre essas energias é necessariamente convertida em variação de energia interna. Desse modo, se a energia interna aumenta, a soma das energias cinéticas na situação final é necessariamente maioe que a inicial.