Alguns textos afirmam que o corpo humano pode ser considerado, de forma aproximada, como uma máquina térmica ideal, desconsiderando a perda de energia para o ambiente externo. Esse modelo acabaria sendo utilizado por alguns professores para o estudo da Primeira Lei da Termodinâmica. Assim, os alunos poderiam fazer, por exemplo, uma estimativa da energia ingerida diariamente por uma pessoa, a energia necessária para aquecer o corpo e o trabalho gerado. No entanto, o professor precisa ter cuidado com esse modelo, pois há alguns problemas que estão em desacordo com essa Lei.
Um desses problemas é
A) a impossibilidade de o corpo humano transformar toda a energia dos alimentos em energia interna ou trabalho, pois há perdas no processo de transformação da energia dentro do próprio corpo.
B) a impossibilidade de o corpo humano variar sua energia interna, como faria um gás ideal, resulta sempre em uma transformação cíclica e adiabática e com toda energia transformada em trabalho.
C) a possibilidade de o corpo humano transformar toda a energia recebida dos alimentos em trabalho, em um processo isotérmico sem variação de energia interna.
D) a possibilidade de o corpo humano transformar toda a energia recebida dos alimentos para manter ou elevar sua temperatura, como um gás ideal faria com a energia interna, em um processo adiabático.
A) a impossibilidade de o corpo humano transformar toda a energia dos alimentos em energia interna ou trabalho, pois há perdas no processo de transformação da energia dentro do próprio corpo.
B) a impossibilidade de o corpo humano variar sua energia interna, como faria um gás ideal, resulta sempre em uma transformação cíclica e adiabática e com toda energia transformada em trabalho.
C) a possibilidade de o corpo humano transformar toda a energia recebida dos alimentos em trabalho, em um processo isotérmico sem variação de energia interna.
D) a possibilidade de o corpo humano transformar toda a energia recebida dos alimentos para manter ou elevar sua temperatura, como um gás ideal faria com a energia interna, em um processo adiabático.
Passo 1
O enunciado trata do modelo que aproxima o corpo humano a uma máquina térmica ideal, para aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica, sem considerar perdas para o ambiente. Precisamos então usar a equação de conservação de energia para sistemas termodinâmicos, e verificar qual das afirmações incorporaria uma contradição a essa lei.
Passo 2
A Primeira Lei da Termodinâmica para um sistema fechado diz que
onde
é o calor trocado com o meio,
é o trabalho realizado pelo sistema,
e é a variação da energia interna.
Em particular:
– Num processo adiabático temos .
– Num processo isotérmico de um gás ideal temos .
Essas condições não violam a primeira lei por si só, desde que ,
e
obedeçam à equação acima.
e
Em particular:
– Num processo adiabático temos
– Num processo isotérmico de um gás ideal temos
Essas condições não violam a primeira lei por si só, desde que
Passo 3
Examinando as opções:
A) Fala de perdas internas do corpo, o que não fere a conservação de energia;
B) Diz que o corpo não varia sua energia interna e vira um ciclo adiabático todo convertido em trabalho – mas isso implicaria e
, o que é compatível com a primeira lei (não a viola);
C) Afirma 100% de conversão de calor em trabalho num processo isotérmico e
, o que também satisfaz
(a questão aí seria a Segunda Lei, não a Primeira).
A) Fala de perdas internas do corpo, o que não fere a conservação de energia;
B) Diz que o corpo não varia sua energia interna e vira um ciclo adiabático todo convertido em trabalho – mas isso implicaria
C) Afirma 100% de conversão de calor em trabalho num processo isotérmico
Passo 4
A opção D propõe que, num processo adiabático
, toda a energia dos alimentos seja usada para manter ou elevar a temperatura do corpo, ou seja, gere
sem troca de calor nem trabalho. Mas, com
e
, a primeira lei exige
logo não pode haver aumento de energia interna. Essa afirmação contradiz diretamente a Primeira Lei.
Resposta
D) a possibilidade de o corpo humano transformar toda a energia recebida dos alimentos para manter ou elevar sua temperatura, como um gás ideal faria com a energia interna, em um processo adiabático.