Uma estudante de física, elaborando seu resumo sobre termodinâmica, escreveu o seguinte a respeito dos famosos experimentos de Joule:
l) esses experimentos demonstraram que calor é uma forma de energia, porque a realização de trabalho adiabático sobre o sistema leva ao mesmo efeito que a cessão de calor;
II) a quantidade de trabalho necessária para causar uma variação de temperatura em uma certa massa de água que se encontra num recipiente termicamente isolado não depende dos detalhes do processo, mas apenas dos estados inicial e final da água;
III) o efeito de dissipação de calor por um resistor num circuito elétrico recebe o nome de efeito Joule, porque ele se utilizou desse efeito para mostrar que o trabalho realizado pela bateria pode ser convertido em calor.
Lendo o resumo de sua colega, você diria que é(são) correta(s):
a. apenas a I
b. I e III
c. lell
d. todas as afirmativas
e. II e III

Passo 1

O enunciado apresenta três afirmações sobre os experimentos de Joule em termodinâmica e nos pede para avaliar quais estão corretas:
I) demonstração de que calor é forma de energia por equivalência entre trabalho adiabático e calor cedido;
II) independência do trabalho necessário para variar a temperatura de uma massa de água em recipiente adiabático, dependendo só dos estados inicial e final;
III) nome “efeito Joule” para aquecimento em resistor porque Joule usou esse efeito para mostrar que o trabalho da bateria vira calor. Vamos lembrar que a teoria envolve a primeira lei da termodinâmica (ΔU = Q – W), a noção de energia interna como função de estado e os estudos de Joule tanto mecânicos quanto elétricos.

Passo 2

Analisando a afirmação I: nos seus experimentos clássicos, Joule agitava água num calorímetro adiabático (Q =0) e media o trabalho W aplicado pelas pás. Ele verificou que esse trabalho provocava exatamente o mesmo aumento de temperatura que se obtém cedendo calor Q num processo sem trabalho. Isso mostra a equivalência entre trabalho e calor, ou seja, calor é uma forma de energia. Portanto, I está correta.

Passo 3

Analisando a afirmação II: para um sistema fechado e adiabático (Q =0) vale
\Delta U = -W,
onde \Delta U é variação da energia interna e W é o trabalho realizado sobre o sistema. Como \Delta U é função de estado, depende apenas dos estados inicial e final, não do caminho. Logo, o trabalho necessário para causar uma variação de temperatura numa certa massa de água em recipiente termicamente isolado depende somente dos estados inicial e final. Assim, II está correta.

Passo 4

Analisando a afirmação III: o chamado efeito Joule é o aquecimento de um resistor quando passa corrente elétrica. Joule investigou esse fenômeno medindo o calor gerado pela corrente como forma de converter trabalho elétrico em calor, usando uma bateria para fornecer energia. Esse estudo faz parte dos experimentos de Joule sobre equivalência entre diferentes formas de energia. Por isso, o nome “efeito Joule” está associado ao trabalho da bateria convertido em calor. Logo, III também está correta.

Resposta

d) todas as afirmativas

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