Ciências da NaturezaTermologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor)Difícil

Questão de Termologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor) — ENEM

Em uma pesquisa sobre motores mais eficientes, engenheiros analisam um gás confinado em um cilindro com êmbolo móvel, aplicando a primeira lei da termodinâmica. Essa lei expressa a conservação da energia na forma ΔU = Q − W, em que ΔU é a variação da energia interna do gás, Q é o calor trocado com o ambiente e W é o trabalho realizado pelo gás. Por convenção, Q é positivo quando o gás recebe calor e W é positivo quando o gás se expande e empurra o êmbolo, realizando trabalho sobre a vizinhança. Em um dos ensaios do estudo, o gás recebe 500 joules de calor de uma fonte quente e, ao se expandir, realiza 200 joules de trabalho empurrando o êmbolo para fora. Considerando a primeira lei da termodinâmica e os valores medidos no ensaio, qual é a variação da energia interna desse gás durante o processo?
A−700 J
B−300 J
C100 J
D300 J
E700 J

Gabarito comentado

A primeira lei da termodinâmica é a conservação da energia aplicada aos gases: o calor recebido se reparte entre aumentar a energia interna e realizar trabalho (ΔU = Q − W). Atenção aos sinais é essencial, pois calor recebido entra positivo e trabalho de expansão sai positivo na equação.

Resolução passo a passo

A primeira lei da termodinâmica é ΔU = Q − W. O gás recebe calor, então Q = +500 J, e realiza trabalho ao se expandir, então W = +200 J. Substituindo, ΔU = 500 − 200 = 300 J, valor positivo, indicando que a energia interna do gás aumentou. O valor −700 J soma os módulos com sinais trocados; −300 J inverte o sinal do resultado correto; 100 J resultaria de uma subtração equivocada; 700 J somaria calor e trabalho em vez de subtrair. Apenas 300 J aplica corretamente a convenção de sinais da primeira lei, mostrando que parte do calor recebido virou trabalho e o restante elevou a energia interna do gás.

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