Qual(is) dos seguintes processos viola(m) a primeira lei da termodinâmica?
Escolha uma ou mais:
a. Q>0 ; W>0 ; \Delta U>0
b. Q>0 ; W>0 ; \Delta U<0
c. Q<0 ; W<0 ; \Delta U>0
d. Q<0 ; W<0 ; \Delta U<0
e. Q<0 ; W>0 ; \Delta U>0

Passo 1

O enunciado pede para identificar quais combinações de sinais de Q (calor trocado), W (trabalho realizado pelo sistema) e \Delta U (variação de energia interna) violam a primeira lei da termodinâmica. Vamos usar a convenção de sinais em que Q>0 significa calor fornecido ao sistema e W>0 trabalho realizado pelo sistema. A primeira lei diz:
\Delta U = Q - W.

Passo 2

Para cada opção, só sabemos o sinal de Q e W, não seus valores exatos. Assim, o sinal de Q - W pode ser:
  • Indefinido (pode ser positivo, negativo ou zero) quando Q e W têm o mesmo sinal, pois depende de qual é maior em magnitude.
  • Determinado (sempre positivo ou sempre negativo) quando Q e W têm sinais opostos, pois aí Q - W soma dois termos de mesmo sinal.

Passo 3

Analisando rapidamente:
  • Nos casos (a), (b), (c) e (d), Q e W têm o mesmo sinal, então Q-W pode assumir tanto sinal positivo quanto negativo, acomodando \Delta U>0 ou \Delta U<0 conforme as magnitudes.
  • No caso (e) temos Q<0 e W>0. Então
Q - W < 0 - 0 = 0,
ou seja, \Delta U seria sempre negativo. Mas a opção exige \Delta U>0, o que é impossível sob a primeira lei.

Resposta

(e)

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