Indique se a temperatura aumenta, diminui ou permanece a mesma nas seguintes quatro situações: um processo endotérmico/exotérmico em um sistema adiabático/não adiabático. Um processo adiabático é aquele no qual nenhum calor é trocado com o ambiente.
Passo 1
O que o problema pede: indicar se a temperatura aumenta, diminui ou permanece a mesma nas quatro situações formadas pela combinação “endotérmico / exotérmico” com “adiabático / não adiabático”.
Informações dadas no enunciado:
- Definição explícita: um processo adiabático é aquele em que nenhum calor é trocado com o ambiente (ou seja,
). - Temos os dois tipos de processos químicos/termodinâmicos: endotérmico (absorve calor) e exotérmico (libera calor).
- Não foram dados detalhes adicionais (como trabalho realizado, condições de pressão, etc.), então vamos interpretar o pedido de forma direta: analisar o efeito sobre a temperatura associado ao fato de o processo ser endotérmico/exotérmico quando o sistema é adiabático ou não adiabático.
Passo 2
Ferramenta central: a primeira lei da termodinâmica. Vou apresentá-la e explicar cada símbolo:
-
é a variação da energia interna do sistema. -
é o calor trocado com o ambiente (por convenção, quando o sistema recebe calor). -
é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente (por convenção, quando o sistema realiza trabalho).
Interpretação rápida: se o sistema recebe calor (
) ou se trabalho é feito sobre ele (isto é, negativo para
), a energia interna tende a aumentar; se o sistema libera calor (
) ou realiza trabalho (
), a energia interna tende a diminuir.
Passo 3
Relação entre energia interna e temperatura (modelo prático e usado em provas):
Para muitos sistemas de interesse em cursos de exatas (por exemplo, um gás ideal), a energia interna está diretamente ligada à temperatura. Uma forma útil é:
Para muitos sistemas de interesse em cursos de exatas (por exemplo, um gás ideal), a energia interna está diretamente ligada à temperatura. Uma forma útil é:
-
é o número de mols. -
é a capacidade térmica molar a volume constante. -
é a variação de temperatura.
Conclusão prática: se
então normalmente
(temperatura aumenta); se
então
(temperatura diminui). Vou usar essa relação como base didática — é o raciocínio padrão em questões objetivas como esta.
Passo 4
Definir endotérmico/exotérmico de forma operacional:
- Processo endotérmico: tende a absorver calor do ambiente; em termos de
isolado seria (se o ambiente puder fornecer calor). - Processo exotérmico: tende a liberar calor para o ambiente; em termos de
isolado seria .
Agora, lembrar: “adiabático” significa
para todo o processo — ou seja, não há possibilidade de calor entrar ou sair.
Passo 5
Analisar caso 1 — processo endotérmico em sistema adiabático.
Raciocínio:
- O processo, por natureza, “quer” absorver calor para ocorrer. Mas adiabático impede trocas de calor:
. - Como não pode entrar calor do ambiente, a energia necessária para o processo vem do próprio sistema — isto geralmente reduz a energia interna disponível.
- Pela primeira lei, com
, a variação da energia interna vem do trabalho: . Se não há aporte de calor, para que a transformação endotérmica ocorra o sistema “consome” energia interna, o que se manifesta como queda de temperatura. - Usando
, queda de implica .
Conclusão: a temperatura diminui.
Passo 6
Analisar caso 2 — processo exotérmico em sistema adiabático.
Raciocínio:
- O processo libera calor se pudesse: tende a gerar
(calor saindo do sistema). Mas sendo adiabático, o calor não pode sair para o ambiente ( ). - Assim, a energia liberada pelo processo permanece no sistema, aumentando sua energia interna.
- Pela relação
, aumento de implica .
Conclusão: a temperatura aumenta.
Passo 7
Analisar caso 3 — processo endotérmico em sistema não adiabático.
Raciocínio:
- Não adiabático significa que há troca de calor possível entre sistema e ambiente (
pode ser diferente de zero). - Endotérmico significa que o processo vai absorver calor do ambiente; assim o sistema recebe calor, ou seja,
. - Se o sistema recebe calor e não há outro efeito compensador grande (por exemplo, trabalho extenso feito pelo sistema que consumiria a energia), a energia interna aumenta:
, logo .
Conclusão (no sentido direto pedido pela questão): a temperatura aumenta.
Passo 8
Analisar caso 4 — processo exotérmico em sistema não adiabático.
Raciocínio:
- Exotérmico tende a liberar calor para o ambiente; em presença de troca de calor isso significa
(calor saindo do sistema). - Com saída de calor a energia interna diminui:
, e portanto , salvo efeitos contrários de trabalho muito grande (que aqui não foram informados). - Assim, na interpretação direta pedida, a temperatura diminui.
Conclusão: a temperatura diminui.
Resposta
Endotérmico, adiabático: diminui.
Exotérmico, adiabático: aumenta.
Endotérmico, não adiabático: aumenta.
Exotérmico, não adiabático: diminui.
Exotérmico, adiabático: aumenta.
Endotérmico, não adiabático: aumenta.
Exotérmico, não adiabático: diminui.