Julgue as afirmativas abaixo como verdadeira ou falsa e caso ela seja falsa reescreva-a corretamente.
a) Um sistema fechado troca energia na forma de calor com as vizinhanças.
b) Calor e trabalho são propriedades de estado e em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam.
c) A pele humana é uma parede adiabática.
d) Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por
, e sabendo que as propriedades calor e trabalho são funções de trajetória, logo a variação de energia interna depende da forma com que o processo é realizado.
a) Um sistema fechado troca energia na forma de calor com as vizinhanças.
b) Calor e trabalho são propriedades de estado e em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam.
c) A pele humana é uma parede adiabática.
d) Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por
Passo 1
O que o exercício pede: julgar cada uma das quatro afirmativas como verdadeira ou falsa e, se for falsa, reescrevê‑la corretamente. As afirmativas são:
a) Um sistema fechado troca energia na forma de calor com as vizinhanças.
b) Calor e trabalho são propriedades de estado e em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam.
c) A pele humana é uma parede adiabática.
d) Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por , e sabendo que as propriedades calor e trabalho são funções de trajetória, logo a variação de energia interna depende da forma com que o processo é realizado.
b) Calor e trabalho são propriedades de estado e em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam.
c) A pele humana é uma parede adiabática.
d) Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por
Informações relevantes dadas: a primeira lei na forma
e a afirmação explícita de que calor e trabalho são funções de trajetória (isto é, dependem do caminho).
Passo 2
Conceitos básicos (explicação didática e intuitiva que vou usar para julgar as afirmações).
- Sistema e vizinhanças: um “sistema” é a porção do universo que eu escolho estudar (por exemplo, um gás dentro de um cilindro). “Vizinhanças” é tudo fora do sistema, com o qual ele pode interagir.
- Tipos de sistema:
- Sistema aberto: troca massa e energia com as vizinhanças.
- Sistema fechado: troca energia com as vizinhanças, mas NÃO troca massa.
- Sistema isolado: não troca nem massa nem energia com as vizinhanças.
Esses são conceitos fundamentais: “fechado” não significa que não possa trocar energia, apenas que não troca massa.
- Formas de troca de energia: basicamente calor (
) e trabalho ( ). Calor é energia transferida devido a diferença de temperatura; trabalho é energia transferida por força que desloca ou por outras interações mecânicas. - Propriedades de estado (funções de estado): são quantidades cujo valor depende apenas do estado atual do sistema (por exemplo, temperatura
, pressão , volume , energia interna ). A variação de uma propriedade de estado entre dois estados depende só dos estados inicial e final. - Funções de trajetória (ou dependentes do caminho): são quantidades que dependem do processo percorrido entre os estados, não apenas dos estados. Calor
e trabalho são exemplos típicos: dependendo de como eu levo o sistema do estado A ao estado B, e mudam. - Primeira lei da termodinâmica:
. Aqui é variação da energia interna (propriedade de estado). Mesmo que e dependam do caminho, sua soma depende só dos estados inicial/final.
Passo 3
Análise da afirmativa (a): “Um sistema fechado troca energia na forma de calor com as vizinhanças.”
- Usando os conceitos: um sistema fechado é proibido de trocar massa, mas pode trocar energia de várias formas (calor e trabalho).
- Observação importante sobre a linguagem: a frase escrita como “troca energia na forma de calor” parece afirmar que isso acontece sempre. Na prática, um sistema fechado pode trocar calor, mas também pode estar isolado termicamente (não trocar calor) ou trocar trabalho sem calor, dependendo das condições. Então a frase como está — absoluta — é enganosa.
- Conclusão conceitual: a possibilidade de trocar calor existe, mas não é uma obrigação universal para todo sistema fechado.
Passo 4
Reescrita correta da (a) e justificativa didática.
- Reescrita correta (frase precisa): um sistema que é fechado pode trocar energia com as vizinhanças na forma de calor (e também na forma de trabalho), mas não troca massa.
- Por que essa reescrita é boa: ela deixa explícito que a troca de calor é uma possibilidade (permitida) para sistemas fechados, sem afirmar que sempre ocorre; e acrescenta a informação essencial sobre não troca de massa, que é a definição de “fechado”.
Passo 5
Análise da afirmativa (b): “Calor e trabalho são propriedades de estado e em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam.”
- Usando os conceitos: calor
e trabalho são funções de trajetória (dependem do caminho). Por definição isso significa que NÃO são propriedades de estado. - Portanto a primeira parte da frase está incorreta. A segunda parte diz que “em uma transformação termodinâmica estas duas propriedades variam” — isso é confuso: como
e não são propriedades de estado, não faz sentido dizer que “estas propriedades variam” no mesmo sentido. O que varia de modo bem definido entre estados são propriedades de estado; e não têm um valor intrínseco no estado, só têm valor quando um processo é especificado. - Conclusão: a afirmativa é falsa.
Passo 6
Reescrita correta da (b) e explicação com exemplo simples.
- Reescrita correta (frase precisa): o calor
e o trabalho são funções de trajetória (não são propriedades de estado); em uma transformação termodinâmica os valores de e dependem do caminho seguido entre os estados inicial e final. Já grandezas como a energia interna são propriedades de estado, e depende apenas dos estados inicial e final. - Exemplo concreto e simples (para fixar): considere aquecer um gás ideal do estado A ao estado B. Se eu aquecer a volume fixo (processo isocórico), o trabalho
e todo o calor fornecido vai para . Se eu aquecer mantendo pressão constante (isobárico), haverá trabalho e o calor fornecido será diferente — mesmo que entre A e B seja o mesmo nos dois caminhos. Isso ilustra que e mudam com o caminho, enquanto não.
Passo 7
Análise da afirmativa (c): “A pele humana é uma parede adiabática.”
- Definição: parede adiabática é uma barreira ideal que NÃO permite troca de calor entre sistema e vizinhanças.
- Realidade fisiológica: a pele humana permite troca de calor por condução (contato), convecção (movimento do ar), radiação (emitimos e recebemos radiação térmica) e evaporação (sudorese). Portanto, a pele NÃO é adiabática.
- Conclusão: a afirmativa é falsa.
Passo 8
Reescrita correta da (c) e comentário adicional.
- Reescrita correta (frase precisa): a pele humana não é uma parede adiabática; ela permite trocas de calor com o ambiente por condução, convecção, radiação e evaporação.
- Comentário prático: uma parede adiabática é um ideal útil em problemas teóricos (por exemplo, uma boa isolação térmica ou um processo assumido adiabático), mas o corpo humano em condições normais troca calor com o ambiente.
Passo 9
Análise da afirmativa (d): “Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por
, e sabendo que as propriedades calor e trabalho são funções de trajetória, logo a variação de energia interna depende da forma com que o processo é realizado.”
- Vamos separar em partes: (i) a primeira lei na forma
— está correta (atenção apenas à convenção de sinais, aqui foi dada assim). (ii) é verdade que e são funções de trajetória. (iii) a conclusão “logo a variação de energia interna depende da forma do processo” é que precisa ser verificada. - Mas sabemos que
é variação de uma propriedade de estado ( é função de estado). Por definição, variação de propriedade de estado entre dois estados depende apenas dos estados inicial e final, não do caminho. Mesmo que em processos diferentes e mudem, sua soma sempre dará o mesmo para os mesmos estados inicial e final. - Exemplo numérico rápido (intuitivo): leve um gás ideal de temperatura
para . A variação depende só de (por exemplo, para gás ideal monoatômico ). Você pode obter esse aumento de temperatura por aquecimento isocórico (onde e ) ou por aquecimento isobárico (onde e é diferente), mas será o mesmo. - Portanto a conclusão dada na afirmativa é falsa.
Passo 10
Reescrita correta da (d) e reforço conceitual.
- Reescrita correta (frase precisa): embora
e sejam funções de trajetória (dependam do caminho), a variação da energia interna é uma diferença de propriedade de estado e, portanto, depende apenas dos estados inicial e final — não da forma como o processo foi realizado. - Reforço: isso é uma consequência direta de a energia interna ser uma função de estado. Na prática, em problemas de prova, se te pedirem
entre dois estados conhecidos, dá para calcular sem saber o caminho; mas se te pedirem ou , aí você precisa conhecer o processo.
Resposta
a) Falsa. Correção: Um sistema fechado pode trocar energia com as vizinhanças na forma de calor (e também na forma de trabalho), mas não troca massa.
b) Falsa. Correção: Calor e trabalho
são funções de trajetória (não propriedades de estado); seus valores dependem do caminho. Propriedades de estado como a energia interna
têm variação
que depende apenas dos estados inicial e final.
c) Falsa. Correção: A pele humana não é uma parede adiabática; ela permite trocas de calor com o ambiente por condução, convecção, radiação e evaporação.
d) Falsa. Correção: Apesar de e
dependerem do caminho,
é variação de uma propriedade de estado e, portanto, depende apenas dos estados inicial e final, não da forma do processo.
b) Falsa. Correção: Calor
c) Falsa. Correção: A pele humana não é uma parede adiabática; ela permite trocas de calor com o ambiente por condução, convecção, radiação e evaporação.
d) Falsa. Correção: Apesar de